Рекордная плотность энергии 700 Вт·ч/кг. Новая батарея должна удвоить запас хода электромобилей
Ученые под руководством профессора Чжао Цина и академика Чэнь Цзюня из Нанькайского университета, а также Ли Юна из Шанхайского института космических источников энергии нашли способ значительно повысить плотность и ёмкость литиевых батарей. В частности, им удалось достичь плотности энергии в 700 Вт·ч/кг. Лучшие батареи, используемые сегодня в автомобилях, обычно достигают показателя около 250–255 Вт·ч/кг, а твердотельные батареи обещают около 500 Вт·ч/кг .
Новая технология почти втрое увеличивает емкость батареи по сравнению с существующими стандартами. Это означает, что электромобили в конечном итоге смогут проезжать гораздо большие расстояния без необходимости использования массивных и тяжелых батарей, которые утяжеляют автомобиль.
Секрет такого скачка кроется в жидкости внутри батареи — электролите. В батареях используется смесь солей лития и карбонатных растворителей, в которых атомы кислорода помогают литию перемещаться. Это работает довольно хорошо, но имеет существенные недостатки. Жидкие электролиты густые и плохо распределяются. Кроме того, они перестают эффективно работать при понижении температуры, поэтому многие электромобили теряют запас хода зимой.
Китайская команда решила попробовать нечто новое. Они создали новый тип жидкости, используя фторированные углеводородные растворители. Вместо кислорода для перемещения лития они использовали фтор. Это изменение делает жидкость гораздо «влажнее», поэтому батарее требуется меньше такой жидкости для работы. Поскольку жидкость более жидкая и лучше течет, она может передавать энергию гораздо быстрее.
Новая конструкция демонстрирует невероятно высокую производительность в условиях низких температур. Традиционные батареи часто выходят из строя при минусовых температурах, но новые элементы могут работать и при -58°F (-26°C) . Даже при такой экстремальной температуре батарея сохраняет плотность энергии почти 400 Вт·ч/кг. Это всё ещё выше, чем у большинства современных электромобилей высокого класса при комнатной температуре.
Команда объяснила, что им пришлось очень тщательно продумать процесс создания нового электролита — необходимо было сбалансировать «пространство» внутри жидкости, чтобы атомы лития могли свободно перемещаться. Заменив кислород на фтор, они устранили узкое место, ограничивавшее производительность, что позволило сделать батарею одновременно легче и мощнее.