Литий-ионные аккумуляторы – движущая сила для многочисленных устройств, созданных для автономной работы. Аккумуляторные батареи поддерживают работу самых разных приборов, будь то мобильный телефон, светильник или электровелосипед. К сожалению, современные аккумуляторы предназначены для работы исключительно в «тепличных» условиях, когда температурные колебания не слишком большие. Над этой проблемой трудятся многочисленные специалисты, достигшие, наконец, определённого прогресса. Им удалось изобрести аккумулятор, чья конструкция позволяет полноценно работать при низких температурах.

Аккумулятор и низкие температуры

Все пользователи смартфонов, наученные горьким опытом использования гаджетов на холоде, в холодное время года по возможности прячут их подальше и стараются не держать на морозе. Низкая температура не самым лучшим образом сказывается на ёмкости литий-ионного аккумулятора, которая с падением температуры стремительно уменьшается. На холоде она падает до 80% и меньше, при этом батарея стремительно начинает разряжаться. Если же литий-ионную батарею заряжать при минусовой температуре, можно будет сразу же приобретать новую. Электрохимические процессы наносят батарее непоправимый урон. Специалисты Калифорнийского университета смогли обойти это ограничение, понизив минимально возможную температуру внешней среды до -60 градусов по Цельсию.

Исследователи провели целую серию экспериментов и смогли подтвердить результаты своих опытов. Испытания проводили при температурах -60 и -40 градусов по Цельсию. Через 50 циклов заряда и разряда аккумуляторы сохранили 76% и 84% своей ёмкости соответственно. Чтобы добиться зарядки других аккумуляторных батарей при минусовых температурах, необходимо возить с собой обогреватель, при помощи которого можно поднять температуру до +5 градусов, требуемых для зарядки. Как ожидается, новая технология может найти применение в батареях, разрабатываемых для специализированного оборудования. Аккумуляторы найдут своё применение на больших глубинах, в космосе, а также в условиях крайнего севера, где обычные батареи можно использовать только в помещении.

Низкотемпературные батареи

Вся работа была основана на подборе электролита, который будет штатно вести себя даже при низких температурах. В результате многочисленных изысканий исследователи обнаружили закономерность, показывающую прямую зависимость между стабильностью электролита и сроком службы аккумулятора. Чем слабее оказывались связи между ионами и электролитом, тем дольше и стабильнее работала батарея. Батареи, где ионы от электролита отделялись легко, смогли успешно пережить 50 циклов заряда/разряда, а батареи с сильной связью между ионами и электролитом – только два цикла. При этом первые показывали более стабильную работу и нормальное течение электрохимических процессов, а вторые – неравномерные игольчатые отложения лития на аноде.

Как оказалось, именно сила связи ионов с электролитом имеет ключевое значение. В электролите со слабой связью ионы гораздо легче его покидают и равномерно оседают на аноде. На этот процесс не требуется много энергии, а сам анод не страдает от нарушения электрохимических процессов. Во втором случае, при сильной связи ионов и электролита, на разрыв этой связи уходит больше энергии, поэтому ионы осаждаются на тех участках анода, где имеются хоть какие-то выступы. В результате образующиеся пики вызывают короткое замыкание в ячейке и выход её из строя. На основе новых данных о работе литий-ионных батарей при низких температурах удалось разработать инновационную технологию. Она буквально перечеркнула всё, что было известно до этого момента. Для новых батарей изготовили катод, совместимый с электролитами и анодом для работы при сверхнизких температурах. Основой для катода стала сера, более доступный и дешёвый материал, чем кобальт.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!