Энергоемкость Li-ion можно увеличить почти в 1,5 раза

• Как повысить энергоемкость батареи
• Способы увеличения стабильности электролита

Последние исследования российских химиков позволят увеличить энергоемкость литий-ионных аккумуляторов и источников питания других типов практически в 1,5 раза. Как сообщается в издании Electrochimica Acta, ученые исследовали стабильность концентрированных солевых растворов при повышенном напряжении и открыли новые возможности для производства усовершенствованных Li-ion, а в будущем – и Na-ion или K-ion аккумуляторов.

Ученые утверждают, что энергоемкость элементов питания возрастет за счет увеличения напряжения. Сейчас Li-ion элементы имеют рабочее напряжение в диапазоне 3,3–3,8 В, в зависимости от используемого материала катода. От напряжения и электрохимической емкости элементов питания зависит объем запасаемой ими энергии.

Как повысить энергоемкость батареи

Разработчики литиевых аккумуляторов стремятся увеличить их напряжение до 5 В и выше. Российские химики во главе с Олегом Дрожжиным предлагают использовать для производства Li-ion и других аккумуляторов высоковольтные электролиты. Они утверждают, что увеличение рабочего напряжения с 3,7 В до 5 В приведет к возрастанию электроемкости аккумуляторов 18650 и других типоразмеров примерно в 1,5 раза.

Используемые сегодня Li-ion аккумуляторы производят с применением органического растворителя с ионами лития. Наиболее эффективное прохождение тока достигается при концентрации солей лития около 1 моль/л. По этой технологии производятся все коммерческие Li-ion элементы. Они рассчитаны на напряжение до 4,2–4,3 В. Высоковольтные системы могут запасать больше энергии, но важно обеспечить электрохимическую устойчивость электролита к окислению увеличенным потенциалом (5 В или выше).

Способы увеличения стабильности электролита

Для повышения стабильности электролита используются специальные добавки, меняется состав растворителя или солей. В частности, внимание ученых направлено на изучение растворов с высокой концентрацией солей. Японским химикам удалось улучшить стабильность Li-ion элементов при 5 В. Для этого они увеличили концентрацию дорогостоящих солей лития LiFSA до 10 моль/л.

Российские химики выбрали более доступную соль лития LiBF₄ и использовали ее концентрацию до 3 моль/л. В результате:

1. возросло рабочее напряжение элементов;
2. увеличилась высоковольтная стабильность электролита и его стойкость к высоким напряжениям;
3. уменьшился разброс емкости между рабочими циклами;
4. расширились возможности потребления энергии Li-ion элементов различными устройствами.

Ожидается, что по этой технологии будут производиться высоковольтные литий-ионные элементы и новое поколение батарей, к примеру, Na-ion или K-ion.

Читайте в нашей предыдущей статье о разновидностях и использовании автономных источников питания.