Тайна замороженных ионов: разработаны аккумуляторы, которые не боятся холода

Международной команде ученых под руководством профессора Фань Сюлиня из Чжэцзянского университета удалось совершить долгожданный прорыв в сфере литий-ионных аккумуляторов. Результаты их четырехлетнего исследования, опубликованные в авторитетном журнале Science, открывают новую эру холодостойких батарей.

Главным достижением стала разработка инновационного электролита, позволяющего литий-ионным батареям эффективно функционировать даже при критически низких температурах до -80°C. Это открывает широчайшие перспективы для применения данной технологии в самых разных областях — от авиации и арктических экспедиций до телекоммуникационных систем и электромобилей.

Создание литий-ионных батарей, пригодных для работы в условиях экстремального холода, всегда было непростой задачей. Причина кроется в сложности обеспечения высокой энергоемкости, широкого диапазона рабочих температур и возможности быстрой зарядки. Это связано с противоречивыми требованиями к электролиту — компоненту, перемещающему ионы между электродами.

Электролит команды Сюлиня состоит из мельчайших молекул растворителя флуорацетонитрила, придающих батареям характеристики, ранее считавшиеся недостижимыми. В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что новый электролит запускает ранее неизвестный механизм структурного движения внутри батарей. Этот процесс получил название «лигандно-канального транспорта».

Суть технологии заключается в том, что молекулы растворителя образуют два слоя вокруг литиевых ионов, формируя своего рода каналы для их перемещения.

Разработанный электролит продемонстрировал ионную проводимость в 10 000 раз выше, чем у стандартных электролитов при температуре -70°C.

Более того, концепция нового дизайна успешно работает не только для литий-ионных, но и для натрий- и калий-ионных батарей. Это означает, что разработка может быть применена к широкому спектру аккумуляторных технологий.

В условиях сверхнизких температур новые аккумуляторы способны заряжаться на 80% всего за 10 минут, сохраняя высокую емкость и стабильность работы на протяжении множества циклов.

Но даже несмотря на выдающиеся результаты, ученые понимают, что для полной интеграции революционного электролита в традиционную конструкцию потребуются дальнейшие исследования, нивелирующие имеющиеся ограничения.