Літієві батареї навчать працювати навіть за екстремальних холодів: навіщо це потрібно

Через низьку температуру електроліт стає більш в'язким, і рухливість іонів у ньому знижується, пояснює interestingengineering.com. Ці процеси ведуть до появи внутрішнього опору, зниження ємності та продуктивності, і врешті-решт батарея від впливу холоду може отримати серйозні пошкодження.

Проте дослідники взялися за вивчення роботи літій-іонних акумуляторів в умовах екстремального холоду, — і дійшли висновку, що тут можуть допомогти низькотемпературні електроліти. Вони можуть змусити акумулятор нормально функціонувати не тільки в холодну погоду, а й навіть в умовах космосу.

Як працюють НТ електроліти

Над дослідженням спільно працювали фахівці з Університету Чан'ань (Китай) і Технологічного університету Квінсленда (Австралія). Вони розглянули нові підходи, що включають молекулярний дизайн літієвої солі з індивідуальними характеристиками дисоціації, оптимізацію матриці розчинника шляхом регулювання діелектричної проникності та в'язкості, добавки для створення низькоімпедансних (таких, що мають низький опір) твердоелектролітних міжфазних шарів і композитні електролітні системи "гель-полімер".

У роботу було включено системи на основі ефіру (метилацетат, етилдифторацетат), на основі ефіру (DOL/DME, THF, CPME), на основі нітрилу (фторацетонітрил) і гель-полімерні. Вчені детально описали, як точка замерзання, діелектрична проникність і число донорів визначають структуру сольватації літію. Також з'ясувалося, що моделі машинного навчання, навчені на більш ніж 150 000 молекул-кандидатів, передбачають температуру плавлення, в'язкість і енергію LUMO (літій-іонного акумулятора) в межах 5 К або 0,1 еВ, прискорюючи відкриття електролітів з місяців до годин.

Науковці дійшли висновку, що структури проєктування з використанням штучного інтелекту можуть бути вельми перспективними для прискорення розроблення електролітів LT наступного покоління шляхом встановлення кількісних кореляцій між складом і продуктивністю за допомогою передових методологій.

У роботі команди були розглянуті досягнення в галузі розробки електролітів, спрямовані на поліпшення низькотемпературних експлуатаційних характеристик LIB (літій-іонних батарей). Зокрема, були розглянуті чотири головні проблеми таких батарей — недостатня іонна провідність у кріогенних умовах, кінетично ускладнені процеси перенесення заряду, обмеження перенесення Li⁺ через SEI (твердотільний електролітний інтерфейс) і неконтрольований ріст літієвих дендритів.

Як заявили самі дослідники, низькотемпературні електроліти можуть забезпечувати надійну подачу електроенергії там, де традиційні лінійні акумулятори перестають функціонувати, — наприклад, у марсоходах і арктичних безпілотниках.

Раніше повідомлялося, що звичні літієві батареї кануть в лету. Виявилося, що їх цілком здатні замінити натрієві батареї, які забезпечують більш високу щільність енергії і служать набагато довше.