Литиевые батареи научат работать даже при экстремальных холодах: зачем это нужно

Из-за низкой температуры электролит становится более вязким, и подвижность ионов в нем снижается, поясняет interestingengineering.com. Эти процессы ведут к появлению внутреннего сопротивления, снижению емкости и производительности, и в конце концов батарея от воздействия холода может получить серьезные повреждения.

Тем не менее, исследователи взялись за изучение работы литий-ионных аккумуляторов в условиях экстремального холода, – и пришли к выводу, что тут могут помочь низкотемпературные электролиты. Они могут заставить аккумулятор нормально функционировать не только в холодную погоду, но и даже в условиях космоса.

Как работают НТ электролиты

Над исследованием совместно работали специалисты из Университета Чанъань (Китай) и Технологического университета Квинсленда (Австралия). Они рассмотрели новые подходы, включающие молекулярный дизайн литиевой соли с индивидуальными характеристиками диссоциации, оптимизацию матрицы растворителя путем регулирования диэлектрической проницаемости и вязкости, добавки для создания низкоимпедансных (имеющих низкое сопротивление) твердоэлектролитных межфазных слоев и композитные электролитные системы "гель-полимер".

В работу были включены системы на основе эфира (метилацетат, этилдифторацетат), на основе эфира (DOL/DME, THF, CPME), на основе нитрила (фторацетонитрил) и гель-полимерные. Ученые подробно описали, как точка замерзания, диэлектрическая проницаемость и число доноров определяют структуру сольватации лития. Также выяснилось, что модели машинного обучения, обученные на более чем 150 000 молекул-кандидатов, предсказывают температуру плавления, вязкость и энергию LUMO (литий-ионного аккумулятора) в пределах 5 К или 0,1 эВ, ускоряя открытие электролитов с месяцев до часов.

Ученые пришли к выводу, что структуры проектирования с использованием искусственного интеллекта могут быть весьма перспективными для ускорения разработки электролитов LT следующего поколения путем установления количественных корреляций между составом и производительностью с помощью передовых методологий.

В работе команды были рассмотрены достижения в области разработки электролитов, направленные на улучшение низкотемпературных эксплуатационных характеристик LIB (литий-ионных батарей). В частности, были рассмотрены четыре главные проблемы таких батарей– недостаточная ионная проводимость в криогенных условиях, кинетически затрудненные процессы переноса заряда, ограничения переноса Li⁺ через SEI (твердотельный электролитный интерфейс) и неконтролируемый рост литиевых дендритов.

Как заявили сами исследователи, низкотемпературные электролиты могут обеспечивать надежную подачу электроэнергии там, где традиционные линейные аккумуляторы перестают функционировать, – например, в марсоходах и арктических беспилотниках.