Исследователи японского института JAIST разработали добавку для графитовых анодов литий-ионных аккумуляторов. Ячейки с новой добавкой сохранили 95,6% начальной ёмкости после 1000 циклов зарядки, сообщает Interesting Engineering.
Деградация тяговых аккумуляторов — давно известная проблема. В современных электромобилях она выражена не настолько сильно, чтобы серьёзно омрачать жизнь первого владельца. Учёные JAIST добавили в химический состав графитового анода вещество пентафторфенил тиофен имина (FPTI). Оно в первые несколько циклов зарядки формирует на поверхности анода защитную плёнку, которая сдерживает дальнейшую деградацию.
Этот защитный слой позволяет ионам лития перемещаться между электролитом и анодом, не вступая в нежелательные химические реакции. Когда такой слой нестабилен, растёт потребление активного лития и электрическое сопротивление. Из-за этого ячейка быстрее теряет ёмкость. В эксперименте FPTI добавляли в электролит в концентрации от 2 до 4 мг на миллилитр. Добавка сформировала более стабильное и при этом электропроводное покрытие на аноде.
Молекулярный состав добавки по-разному влияет на свойства аккумулятора. Соединения на основе серы и имина входят в состав защитного слоя, а фтор обогащает соединения лития на поверхности анода. В совокупности это сокращает побочные химические реакции и облегчает движение ионов лития через границу «электрод — электролит». Ячейки с концентрацией 2 мг FPTI на миллилитр сохранили 89,4% начальной ёмкости после 1000 циклов зарядки. При концентрации 4 мг показатель вырос до 95,6%. Контрольный образец без добавки за то же время сохранил лишь 62,7% ёмкости, а заметное падение показателей началось уже после 350 циклов.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Прямое добавление FPTI в электролит готовой ячейки, однако, повышает сопротивление катода и ухудшает характеристики ячеек типа NMC (никель-марганец-кобальт). Поэтому добавка эффективна только на этапе подготовки графитового анода. После этого ячейку собирают со стандартным по составу электролитом.
Добавка повысила и энергоёмкость аккумулятора. Образец с концентрацией FPTI 4 мг/мл показал увеличение плотности хранения заряда со 130 до 233 Вт·ч/кг, а с концентрацией 2 мг/мл — до 192 Вт·ч/кг. Для внедрения добавки в серийное производство потребуются масштабные испытания. Исследователи всё же считают, что у обычных литий-ионных батарей ещё есть значительный запас для улучшения эксплуатационных характеристик.
Кстати, напомним: в начале февраля правительство Украины упростило ввоз литий-ионных аккумуляторов в страну, исключив их из списка товаров, требующих лицензии на импорт.
