Исследователи разработали новый электролит на основе фтора, который заменяет традиционные кислородные и азотные растворители и значительно повышает эффективность аккумуляторов при низких температурах.

Новая конструкция электролита

Группа ученых из Китая создала гидрофторуглеродный электролит, способный преодолеть существующие ограничения производительности аккумуляторов. Согласно опубликованным данным, этот растворитель обеспечивает плотность энергии свыше 700 Вт·ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт·ч/кг при –50 °C. Для сравнения, стандартные аккумуляторы для электромобилей обычно достигают максимальной плотности около 270 Вт·ч/кг в обычных условиях. Новая технология открывает перспективы для применения в аэрокосмической отрасли, системах хранения энергии и электротранспорте, работающем в экстремальных климатических условиях.

Преимущества гидрофторуглеродных растворителей

Традиционные электролиты аккумуляторов используют кислород- и азотсодержащие лиганды для переноса зарядов между катодом и анодом. Однако такие материалы формируют прочные связи, затрудняющие перенос заряда на границе электрод-электролит, что ограничивает производительность при низких температурах и быстрой зарядке. Для решения этой проблемы были синтезированы шесть монофторированных гидрофторуглеродных растворителей. Благодаря специально разработанным фторсодержащим лигандам с оптимизированными стерическими свойствами и основностью по Льюису, удалось повысить растворимость литиевой соли до более чем 2 моль/л.

Характеристики и результаты испытаний

Наилучшие результаты показал растворитель 1,3-дифторпропан, обладающий низкой вязкостью (0,95 сантипуаз) и высокой устойчивостью к окислению (выше 4,9 В). Введение атомов фтора в первую сольватационную оболочку обеспечивает слабую координацию, что способствует эффективному осаждению и растворению лития. Такой механизм обеспечивает кулоновский выход 99,7% и плотность обменного тока, значительно превышающую показатели традиционных кислородсодержащих систем при –50 °C.

Испытания проводились на литиевых pouch-ячейках с количеством электролита менее 0,5 грамма на ампер-час. Координационная химия с фтором выходит за рамки традиционного электрохимического проектирования. В дальнейшем регулировка соотношения углерода и фтора может привести к созданию еще более стабильных вариантов с высокой температурой кипения (выше 100 °C), что открывает возможности для дальнейшего повышения мощности и энергоемкости аккумуляторов следующего поколения.