Химики из МГУ к созданию следующего поколения литийионных (а в перспективе — и натрийионных) аккумуляторов (ЛИА), чья энергоемкость будет увеличена в 1,5 раза по сравнению с существующими батареями благодаря повышению рабочего напряжения.
Литийионные аккумуляторы появились в 1991 году и сейчас широко используются в различных видах портативной электроники: в мобильных телефонах, ноутбуках, планшетах и других гаджетах.
Одним из главных преимуществ таких аккумуляторов перед предшественниками стало их высокое рабочее напряжение — в среднем 3,3–3,8 вольта в зависимости от типа материала электрода (катода). Однако ученые надеются, что это еще не предел, и рассчитывают повысить рабочее напряжение литийионных аккумуляторов до 5 вольт или выше. Главным препятствием считается отсутствие подходящего проводника тока — электролита.
В настоящее время литийионные батарейки делают из жидких электролитов — специального органического растворителя с ионами (заряженными частицами) солей лития. Концентрации этих солей в растворе составляет примерно 1 моль на литр. Такой электролит способен выдерживать напряжение до 4,2–4,3 вольта. Чтобы увеличить этот показатель до 5–5,5 вольта, можно использовать различные добавки, менять растворитель или соли в электролите. Например, японские химики повысили стабильность литийионной ячейки при напряжении в 5 вольт, увеличив концентрацию раствора электролита с 1 до 10 молей на литр. Правда, для этого пришлось использовать достаточно редкую и дорогую соль LiFSA, что существенно повысило стоимость аккумуляторов.
Российские химики решили найти компромисс между стабильностью при высоком напряжении, высокой эффективностью и стоимостью электролита. Для этого они использовали хорошо известную, стабильную и достаточно дешевую соль лития и борофтористоводородной кислоты с формулой LiBF4 (тетрафтороборат лития).
«Повышение концентрации соли лития LiBF4 примерно до трех молей на литр значительно повышает высоковольтную стабильность электролита. Мы показали, что, во-первых, увеличилась стойкость электролита к высоким напряжениям, а во-вторых, получили меньший разброс емкости от цикла к циклу, что часто наблюдается для разбавленных растворов, особенно при высоком рабочем напряжении», — говорит руководитель исследования, кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры электрохимии химфака МГУ Олег Дрожжин.
Предложенный подход может быть использован для создания высоковольтных литийионных аккумуляторов, а также следующего поколения электрохимических систем, например натрийионных или калийионных батарей. Эти аккумуляторы рассматриваются как более дешевая альтернатива ЛИА для создания крупногабаритных накопителей энергии.
