Литиевые аккумуляторы станут безопаснее и эффективнее благодаря новой добавке в электролит.

Развитие альтернативной энергетики и электротранспорта немыслимо без эволюции энергоносителей. Разработчики современных источников питания стараются всячески улучшать характеристики литиевых аккумуляторов – самого распространенного и востребованного на сегодняшний день источника питания. Работа ведется над улучшением таких показателей, как емкость, плотность заряда, проводимость, а также безопасность.

Известно, что литий ионные аккумуляторы, при несоблюдении эксплуатационных условий, а также старея, подвержены риску перегрева и даже возгорания. Это происходит вследствие образования наростов на электродах (дендритов), которые приводят к замыканию между положительным и отрицательным электродами.

Для того чтобы этого не произошло, были разработаны специальные системы управления (плата BMS – Battery Management System), которые контролируют заряд/разряд отдельных аккумуляторов в составе батареи, выполняют балансировку, отключают батарею при разряде до минимально-допустимого напряжения, чтобы сохранить ресурс аккумуляторов. Платы BMS широко применятся при изготовлении самых разных аккумуляторных батарей и программируются на разные условия эксплуатации.

Но в очень редких случаях, даже система защиты не спасает от возгорания. В связи с этим, литиевые аккумуляторы мощностью более 100 ватт часов, не разрешают перевозить в самолётах многие авиакомпании. Сделать аккумуляторы безопаснее, и даже эффективнее можно, изменив конструкцию, технологию изготовления, рецептуру компонентов.

Остановить рост дендритов, ученые пытаются, применив различные добавки в электролит и материал электродов. Исследования ведутся Стэнфордским Университетом и Национальной ускорительной лабораторией, где команда ученых, во главе с доцентом Йи Цуи, открыли неожиданное свойство литий полисульфида для продления срока службы аккумулятора. Ранее считалось, что литий полисульфид является загрязнителем и негативно влияет на работу аккумулятора, провоцируя оседание серы на металлическом электроде и приводя их в негодность.

Однако, в сочетании этого же вещества с нитратом лития, они образуют прочную и устойчивую мембрану на поверхности электрода, не ухудшая при этом его свойств и не давая дендритам разрастаться.

Для тестов использовались аккумуляторы «таблетки», используемые чаще всего в часах и мелкой электронике. Такие аккумуляторы, не комплектуются сложными системами контроля (платами BMS), поэтому больше подвержены риску выхода из строя. В электролит вносили новую добавку в разной концентрации. После многочисленных зарядок/разрядок аккумулятора, их подвергали тщательному исследованию под рентгеном и микроскопом. Наконец, было найдено идеальное соотношение веществ в новой присадке. Результаты просто поразительны – после 300 циклов аккумуляторы показывали эффективность 99% (лучше, чем показатели литиевых аккумуляторов с обычным химическим составом электролита), а на электродах появились некие образования – электрод немного вздулся в разных местах, но наросты так и не смогли прорваться сквозь защитный слой, образованный новой добавкой.

Это может означать, что измененная рецептура электролита позволит не только достичь высокой безопасности при использовании литиевых аккумуляторов, не оборудованных системой защиты, но и хранить в них больше энергии при той же массе – до 10 раз , чем у современных литиевых аккумуляторов. Эту же технологию планируется проверить на взаимодействие с другими металлами, используемыми в производстве аккумуляторов, такими как магний, кальций или алюминий. Тесты продолжаются, но положительный эффект уже налицо.