Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали литий-ионные батареи, которые хорошо работают при низких и очень высоких температурах, сохраняя при этом большое количество энергии. Исследователи добились этого, разработав электролит, который не только универсален и надежен в широком диапазоне температур, но и совместим с высокоэнергетическими анодом и катодом.
Термостойкие батареи описаны в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Такие батареи могут позволить электромобилям в холодном климате проехать большее расстояние на одной зарядке; они также могут уменьшить потребность в системах охлаждения для предотвращения перегрева автомобильных батарей в жарком климате, сказал Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета и старший научный сотрудник в области автомобилестроения.
“Вам необходима высокотемпературная работа в районах, где температура окружающей среды может достигать трехзначных цифр, а на дорогах становится еще жарче. В электромобилях батареи обычно находятся под полом, рядом с такими горячими дорогами. Кроме того, батареи нагреваются просто от тока, протекающего во время работы. Если батареи не смогут выдержать этот нагрев при высоких температурах, их производительность быстро ухудшится”, – рассказывает Чен.
В ходе испытаний пробные батареи сохранили 87,5% и 115,9% своей энергоемкости при температурах -40 и 50 °C (-40 и 122 F) соответственно. Они также имели высокую кулоновскую эффективность – 98,2% и 98,7% при этих температурах соответственно, что означает, что батареи могут пройти больше циклов заряда и разряда, прежде чем перестанут работать.
Батареи, разработанные Ченом и его коллегами, устойчивы к холоду и жаре благодаря электролиту. Он изготовлен из жидкого раствора дибутилового эфира, смешанного с солью лития. Особенностью дибутилового эфира является то, что его молекулы слабо связываются с ионами лития. Другими словами, молекулы электролита могут легко высвобождать ионы лития во время работы батареи. Это слабое молекулярное взаимодействие, обнаруженное исследователями в предыдущем исследовании, улучшает работу батареи при отрицательных температурах. Кроме того, дибутиловый эфир легко переносит нагревание, поскольку остается жидким при высоких температурах (его точка кипения составляет 141° C или 286° F).
