Нов гелов електролит рязко подобрява работата и безопасността на литиевите батерии

Инженери от САЩ разработиха нов гелов електролит, който значително подобрява живота и безопасността на литиевите батерии – обещаваща архитектура, която би могла значително да увеличи енергийната плътност и същевременно да опрости производството. Досега този подход беше ограничен от краткия живот и опасенията за безопасността, дължащи се на нестабилното отлагане на лития и паразитните реакции на границата електрод-електролит.

Екип учени от Колумбийския университет преосмисли взаимодействието на полимерните електролити с литиевите йони в наномащаб. Изследователите са създали гел-полимерен електролит, съдържащ полимерна мрежа, която селективно отблъсква литиевите соли, като същевременно привлича молекулите на разтворителя, съобщава EurekAlert.

Този уникален химичен контраст спонтанно разделя електролита на нанодомени с различен локален състав. В тези ограничени области литиевите йони са принудени да се координират по-силно с анионите, а не с молекулите на разтворителя, което променя из основи формирането на междуфазовата граница на твърдия електролит.

За разлика от опитите да се използват голям брой флуорирани електролити, новият подход интегрира защитните свойства директно в полимерната основа. Това позволява създаването на по-малки, по-евтини и по-ефективни батерии.

Спектроскопията, криогенната електронна микроскопия и молекулярното моделиране потвърдиха, че солеотблъскващата мрежа насърчава образуването на тънък междуфазов слой, богат на неорганични компоненти. Този слой позволява по-гладко и по-плътно отлагане на лития, като потиска паразитните реакции, които обикновено консумират активния литий.

При тестовете клетките с новия електролит запазват повече от 80% от капацитета си след стотици цикли при условия, близки до тези, които се изискват за батерии за електромобилите. При тестовете за безопасност многослойните електролитни клетки с новия електролит издържат на агресивни сондажи, без да се стигне до топлинно изтичане, докато подобни клетки с конвенционални течни електролити се запалват или експлодират.

Според Цонг Шенгю, водещ автор на изследването, резултатите показват, че полимерната химия може да бъде мощен и недооценен лост за контролиране на структурата на разтвора и граничната стабилност.

Изследването открива нов принцип за проектиране на геловите електролити, който може да бъде разширен до други алкални метали, откривайки пътища към по-безопасни технологии за съхранение на енергия с висока плътност.