Китайські вчені розробили матеріал електроліту для літій-іонних акумуляторів, який дозволяє батареям працювати при негативних температурах аж до -70 градусів Цельсія. Ємність батарей на основі запропонованого електроліту і органічних електродів при такій температурі становить близько 70 відсотків від їх ємності при кімнатній температурі, пишуть вчені в Joule .
Одна з проблем літій-іонних акумуляторів — різке зменшення ємності при падінні температури нижче нуля. Найбільш морозостійкі батареї продовжують працювати і при температурах до -40 градусів Цельсія, однак їх ємність при цьому знижується приблизно до 12 відсотків. Пов’язано це з тим, що речовина електроліту або просто замерзає, або сильно падає його провідність по іонів літію.
Китайські хіміки під керівництвом Юняо Ся (Yongyao Xia) з Фуданьського університету розробили новий матеріал органічного електроліту на основі етилацетату. Як літійового компонента в електроліті виступає біс (тріфторметансульфоніл) імід літію (LiTFSI). Такий електроліт має достатню для нормальної роботи акумулятора іонну провідність, як при високих температурах (до 55 градусів Цельсія), так і при досить низьких негативних температурах. Навіть при -70 градусах Цельсія його провідність по іонів літію становить 0,2 міллісіменса на сантиметр. Для порівняння, у одного з найчастіше використовуваних електролітів LB303 на основі LiPF 6, При кімнатній температурі провідність помітно вище, ніж у етілацетатного електроліту, але при зниженні температури до -40 градусів Цельсія падає відразу на 3 порядки.
Залежність іонної провідності від температури для запропонованої батареї (червоні точки) і для традиційного електроліту LB303 (сині точки)
X. Dong et al./ Joule, 2018
Виявилося, що органічні полімерні електроди дійсно дозволяють перезаряджатись літій-іонній батареї і працювати при кімнатній, і при досить низькій негативній температурі. При -70 градусах Цельсія ємність такої батареї в порівнянні з ємністю при кімнатній температурі падає всього на 30 відсотків. При цьому, для катодів на основі шаруватих інтеркаляційних з’єднань авторам роботи не вдалося домогтися достатньої швидкості розчинення іонів літію, і такий осередок так і не запрацював при негативних температурах.
Автори роботи відзначають, що розроблені ними літій-іонні акумулятори перспективні для використання в першу чергу в якості короткочасних джерел енергії при низьких температурах, зокрема, для космічних програм.
Як альтернативний варіант вирішення проблеми переохолодження літій-іонних акумуляторів при низьких температурах вчені пропонують вбудовувати в батареї внутрішні нагрівальні елементи, які активуються при охолодженні і не дають батареї замерзнути.