Мы уже несколько раз рассказывали о вредном влиянии низких зимних температур на аккумуляторы электромобилей. Литий-ионные аккумуляторы, наиболее широко используемые в автомобилестроении, зимой теряют емкость, потому что их жидкий электролит начинает замерзать при минусовых температурах. Это важно, потому что электролит является компонентом батареи, который отвечает за передачу электронов от одного электрода к другому, тем самым способствуя зарядке и разрядке энергии в батарее.
Электролит, обычно используемый в литий-ионных батареях, представляет собой смесь соли (гексафторида лития) и карбонатных растворителей. Это позволяет передавать электроны между анодом и катодом, но при низких температурах электролит замерзает и теряет способность транспортировать ионы лития к аноду.
Причина в том, что ионы лития плотно связаны с сольвентными группами, что требует гораздо больше энергии для проникновения в интерфейсный слой, созданный на аноде. Чтобы решить эту проблему, группа ученых из Аргоннской и Берклийской национальных лабораторий Министерства энергетики США разработала электролит, который содержит фтор и хорошо работает даже при минусовых температурах.
«Наша команда не только обнаружила антифризный электролит, выход зарядки которого не снижается до −20 градусов по Цельсию, но мы также обнаружили на атомном уровне, что делает его таким эффективным», — объясняет Чжэнчэн Чжан, старший химик и руководитель группы в отделе химических наук и инженерии Аргонны.
Изучив несколько фторсодержащих растворителей, исследовательская группа определила состав с самым низким энергетическим барьером для высвобождения ионов лития при минусовых температурах. Кроме того, они определили, что это связано со специфическим положением атомов фтора внутри каждой молекулы растворителя и их количеством.
Лабораторные испытания показали, что фторированный электролит с антифризными свойствами способен сохранять стабильную емкость накопления энергии в течение 400 циклов заряда и разряда при −20 градусах по Цельсию. Его емкость при этой температуре, по сути, была эквивалентна емкости обычного электролита при комнатной температуре.
Кроме того, Чжан отмечает, что фторированный электролит намного безопаснее, чем используемые в настоящее время электролиты на основе карбоната, так как он не подвержен самовозгоранию.
