Совместная исследовательская группа под общим руководством Корейского института науки и технологий (KIST) разработала новый тип электролита, который при сохранении высоких характеристик ионной проводимости имеет повышенную температуру воспламенения, что делает материал для аккумуляторов намного более безопасным. Об этом сообщает международный веб-ресурс EnergyPortal. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
С ростом использования литий-ионных аккумуляторов в электромобилях и системах хранения энергии возросла обеспокоенность по поводу увеличения опасности пожаров и взрывов. Воспламеняемость электролита представляет собой серьезную проблему, поскольку обычно используемый в качестве электролитического материала линейный органический карбонат имеет весьма низкую температуру возгорания.
Разработанные ранее способы уменьшить воспламеняемость электролита включали фторирование или использование высококонцентрированных солей. Однако эти методы либо приводили к снижению характеристик переноса ионов лития, либо были несовместимы с коммерчески эффективными электродами, что ограничивало их внедрение.
Научная группа под руководством доктора Мины Ли из Исследовательского центра хранения энергии, при участии специалистов из Корейского института науки и передовых технологий (KAIST) и Корейского института промышленных технологий (KITECH) разработали негорючий электролит, усовершенствовав молекулярную структуру линейного органического карбоната.
Одновременно применяя удлинение алкильной цепи и замещение алкоксигруппы в молекуле диэтилкарбоната (DEC) – наиболее типичного линейного органического карбоната, используемого в коммерческих электролитах для литий-ионных аккумуляторов, – исследователи создали новый тип электролита, названный ими BMEC (бис(2-метоксиэтил)карбонат), который имеет повышенную температуру воспламенения и в полной мере сохраняет ионную проводимость, что делает его намного более безопасным для работы аккумуляторов.
По словам исследователей, BMEC также может диссоциировать литиевую соль более эффективно, чем ее простой алкилированный аналог, решая проблему более медленного переноса ионов лития при одновременном снижении воспламеняемости. Электролит сохраняет более 92% исходной производительности обычного электролита, при этом значительно снижая пожароопасность.
Раствор BMEC имеет температуру воспламенения 121°C, что на 90°C выше, чем у обычного раствора DEC, и, таким образом, не воспламеняется в температурном диапазоне для работы с обычными батареями. Кроме того, новый электролит уменьшил выделение горючих газов на 37% и выделение тепла на 62% по сравнению с обычным электролитом, что делает его намного более безопасным вариантом.
Исследовательская группа успешно продемонстрировала стабильную работу литий-ионных аккумуляторов емкостью 1 Ач с использованием электролита на основе BMEC в течение 500 циклов, объединив новый электролит с катодом с высоким содержанием никеля и графитовым анодом. Они также провели тест на проникновение стального гвоздя на литий-ионной батарее емкостью 4 Ач, заряженной на 70%, и подтвердили подавление теплового разгона.
Д-р Мина Ли из KIST отметила: «Результаты исследования открывают новое направление для разработки негорючих электролитических материалов, которые не требует принесения в жертву электрохимических свойств или экономической целесообразности. Разработанный нами негорючий электролит имеет конкурентоспособную стоимость и отличную совместимость с электродными материалами с высокой плотностью энергии, поэтому ожидается, что он вскоре начнет применяться в обычной производственной инфраструктуре аккумуляторов».