Литий-ионные батареи без риска взрыва могут оказаться практичными.

Китайско-американские ученые говорят, что они разработали новый тип литий-ионной батареи на основе электролита на водной основе, который не только устраняет риск взрыва в традиционных литий-ионных батареях, но также обеспечивает плотность энергии на уровне традиционных литий-ионных аккумуляторов. ионные аккумуляторы, большой шаг к практическому применению безопасных литий-ионных аккумуляторов.

Эта работа была выполнена профессором Вангчуншэн из Университета Мэриленда, доктором Янчжунъинь и Сюканом, старшим химиком Исследовательской лаборатории армии США. Статья была опубликована в журнале Joule американской Cell Press.

«Это первая четырехвольтовая батарея с электролитом на водной основе. В принципе, это большой фундаментальный прорыв», - заявили Янчжунъинь и другие в электронном письме репортерам. Они объяснили, что использование легковоспламеняющихся органических электролитов в обычных коммерческих литий-ионных батареях представляет собой серьезную угрозу безопасности. Проблема с заменой органических электролитов негорючими электролитами на водной основе заключается в том, что окно электрохимической стабилизации первого обычно составляет менее 2 вольт. Как только напряжение на электроде превышает это число, электролит теряет стабильность и, следовательно, плотность энергии ограничивается.

Они объясняют, что ключ к новому исследованию состоит в том, чтобы избежать прямого контакта электродов из металлического лития или графита с молекулами воды в электролите на водной основе, что приводит к восстановлению водорода. С этой целью они разработали очень гидрофобный коллоидный защитный материал, равномерно покрывающий поверхность электрода, эффективно предотвращающий выход из строя электрода, вызванный побочной реакцией разложения воды.

Что еще более важно, они обнаружили, что в начальном цикле зарядки и разрядки определенные компоненты защитного слоя образуют на месте более плотный и гидрофобный интерфейсный слой твердого электролита на поверхности отрицательного электрода, что приводит к дальнейшей пассивации поверхности отрицательного электрода. И этот твердый интерфейсный слой может восстанавливаться при условии частичного повреждения, что обеспечивает долгосрочную стабильность батареи.

Wangchunsheng и Xukang отметили, что результаты исследования открывают новые направления и идеи для разработки безопасных литий-ионных аккумуляторов на водной основе в окне Gaodianya. В основном научном смысле «стабильные 4-вольтовые водные электролиты могут открыть много новых возможностей для различных электрохимических устройств». В то же время литий-ионные аккумуляторы на водной основе могут устранить необходимые защитные устройства в традиционных литий-ионных аккумуляторах, что еще больше снизит вес компонентов аккумулятора.

Они подчеркнули, что текущее исследование является лишь проверкой концепции в лаборатории и что до коммерциализации еще предстоит пройти долгий путь. На следующем этапе они планируют дополнительно оптимизировать и улучшить химический состав и структуру электролитного защитного слоя батареи, а также увеличить срок службы батареи с текущих 70 до 100 циклов до коммерческого стандарта более 500 циклов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.