Діапазон роботи нових акумуляторів
Розроблено літій-іонні акумулятори, які не втрачають продуктивності при температурі -70 ° C. У перспективі такі акумулятори можуть поліпшити роботу смартфонів і електромобілів в зимовий час, а також виявитися корисними для техніки, експлуатованої на великих висотах, або для апаратів, що спускаються, які досліджують поверхню небесних тіл Сонячної системи - планет і їх супутників ( «Joule», 2018, doi: 10.1016 / j.joule.2018.01.017 ).
Як всім відомо з особистого досвіду, акумулятори в смартфонах, плеєрах і інший портативній електроніці на морозі швидко розряджаються або просто перестають працювати. При -40 ° C літій-іонні акумулятори втрачають до 88% ємності. Тому в холодних регіонах, на великій висоті і в космічному просторі для літій-іонних акумуляторів передбачають термоізоляцію і підігрів. Буває навіть, що через складність технічних рішень подібного роду акумулятори замінюють одноразовими джерелами електричного струму або суперконденсаторами.
Зниження продуктивності літій-іонних акумуляторів при низьких температурах пов'язано з тим, що збільшується в'язкість розчинника-електроліту - він навіть може замерзнути. Зміни в електроліті при знижених температурах ускладнюють або унеможливлюють переміщення іонів літію між електродами акумулятора в процесі зарядки і розрядки. Крім того, на холоді іони літію не проникають всередину графітового анода акумулятора, а покривають електрод шаром металевого літію, здатного легко загоряється.
Для створення безпечного акумулятора, що не втрачає ефективності при низькій температурі, Юняо Ся, фахівець з фізичної хімії з Фуданьського університету, вирішив використовувати в якості електроліту етилацетат. Ця речовина замерзає при -84 ° C і не стає більш в'язким при зниженні температури. Кілька років тому вже повідомлялося про те, що етилацетат можна застосовувати як електроліт для літій-іонних акумуляторів ( «Electrochimica Acta», 2015-го, 154, 287-293; doi: 10.1016 / j.electacta.2014.12.093 ), Проте поведінка акумулятора з таким електролітом при низьких температурах не вивчали. Ся вирішив це зробити. Коли дослідники з його групи скомбінували електроліт з етилацетату зі звичайними електродами літій-іонного акумулятора, продуктивність такого джерела живлення виявилася невисока.
Тоді Ся і його колеги замінили електроди, зробивши їх з електропровідних полімерів. При зарядці електрода анод з полиимида вступає в реакцію, пов'язуючи іони літію; протівоіони при цьому абсорбуються на катоді з політріфеніламіна. При розрядці акумулятора хімічний процес протікає в зворотному напрямку, відбувається вивільнення іонів літію і десорбція аніонів. Новий акумулятор працює в температурному інтервалі від + 50 ° C до -70 ° C; при -70 ° C він зберігає 70% ємності, характерної для кімнатної температури. На жаль, поки він має низьку напругу виходу - всього 1,2 В. Ся з колегами продовжують працювати з електролітом і матеріалом електродів, щоб збільшити продуктивність свого акумулятора.
Ця стаття доступна в друкованому номері "Хімії і життя" (№ 5/2018) на с. 18 - 19.