Технологические инновации в области литий-полимерных аккумуляторов: что нас ждет в будущем?

При разработке элементов питания нового типа внимание акцентируют на повышении их надежности и энергетической плотности, снижении воздействия на окружающую среду и повышении эффективности. Аккумуляторы Li-ion и Li-Po по-прежнему остаются лучшими среди всех накопителей энергии. К тому же, с каждым годом они совершенствуются. Чтобы улучшить их рабочие параметры, производители используют разные материалы катода и анода, меняют формулу электролита, внедряют инновационные решения.

Но в перспективе на смену Li-ion и Li-Pol аккумуляторам могут прийти еще более технологичные накопители энергии. Рассмотрим подробнее, какие есть новые технологии в аккумуляторной отрасли, чем они примечательны и насколько перспективны.

Полутвердотельные аккумуляторы или Semi-solid Battery

Элементы питания этого типа представляют собой ячейки Li-Polymer в виде плоских пакетов прямоугольной формы в мягкой фольгированной оболочке. Их особенность заключается в использовании полутвердотельного электролита. На 5–10% он состоит из жидкости, в которой находятся взвешенные твердые частицы технического графита.

Кроме не текущего смешанного электролита в виде коллоидной суспензии, Semi-solid Battery характеризуются особым строением электродов. Их изготавливают из высокопористого материала, что увеличивает производительность элементов. Дополнительными преимуществами полутвердотельных аккумов выступают:

• несклонность к утечкам;
• химическая стабильность;
• повышенная безопасность;
• несклонность к тепловому разгону и возгоранию, даже при разгерметизации или значительном нагреве;
• высокая удельная энергоемкость – до 320 Вт·ч/кг;
• допустимость больших токовых нагрузок;
• гибкость форм и размеров, возможность производства ультратонких элементов;
• у некоторых моделей – сохранение работоспособности при низких температурах, вплоть до -40 °С;
• широкие возможности применения в разных сферах – от портативной электроники до дронов и электромобилей.

Твердотельные аккумуляторы

Этот вид накопителей энергии пока находится на стадии тестирования и постепенного внедрения в производство, но считается одним из наиболее перспективных. Его главное отличие – использование твердого электролита из сульфитов, стекла, керамики или твердого полимера. Твердотельные элементы питания уже применяются в некоторых моделях смарт-часов и кардиостимуляторах.

В ближайшем будущем ожидается оснащение такими аккумуляторами смартфонов, планшетов и электрокаров. Такие АКБ отличаются высокой эффективностью и хорошим запасом емкости при небольших размерах, быстро заряжаются и дольше служат, не склонны к возгоранию и потенциально могут стать прорывом в аккумуляторной отрасли. Но для полной проверки, усовершенствования и масштабирования этой технологии нужно время.

Какие еще есть перспективные технологии?

Сейчас активно развиваются следующие аккумуляторные технологии:

1. Литий-серные АКБ – они отличаются повышенной эффективностью и сверхбыстрой зарядкой. Их выход на рынок ожидается к 2028 году.
2. Натрий-ионные аккумуляторы – по плотности энергии они уступают Li-ion аналогам, но производителям уже удалось достичь энергетической плотности в 160 Вт·ч/кг. К тому же, Na-ion элементы имеют ценовое преимущество (натрий можно получать из общедоступной соленой воды), сохраняют работоспособность на морозе и считаются лучшей альтернативой по безопасности эксплуатации.
3. Железо-воздушные АКБ – принцип их работы базируется на выработке энергии путем окисления железа с использованием воздуха и обратного окисления при зарядке. Такие батареи дешевы и долговечны, но имеют большие размеры и медленно заряжаются.
4. Цинковые батареи – во многом они схожи с Li-ion моделями, только заряд в них переносят ионы цинка. Такие АКБ отличаются низким саморазрядом, производятся из доступных и нетоксичных материалов, но по техническим характеристикам пока уступают конкурентам. В этой группе есть модели разных подвидов – цинк-ионные, цинк-воздушные, цинк-бромные, цинк-марганцево-оксидные.
5. Графеновые АКБ – они содержат катоды из гибрида твердотельных материалов и графена. Пока это дорогая технология, и массовое оснащение устройств графеновыми аккумуляторами откладывается.
6. Металло-водородные, литий-вольфрамовые и другие инновационные разработки, в которых ученые ищут альтернативу существующим элементам питания.

Ранее в блоге VirtusTec.ru вышла статья о влиянии Li-ion аккумуляторов на окружающую среду.