Новый электролит открыл путь к мощным и более безопасным литий-ионным аккумуляторам
Международная научная группа при участии МФТИ разработала композитный гель-полимерный электролит для аккумуляторов. Этот материал позволит создать безопасные высокомощные батареи, что важно для электромобилей, гаджетов и систем хранения энергии.
Современные литий-ионные аккумуляторы широко используются — от портативной электроники до электротранспорта. Принцип их работы основан на перемещении ионов лития между анодом и катодом через электролит, который может быть жидким или твердотельным. Традиционные аккумуляторы с жидким электролитом обеспечивают высокую производительность и могут выдавать большую мощность. Однако они легко воспламеняются и есть риск утечки токсичных компонентов. Ячейки с твердотельными электролитами надежнее, но демонстрируют существенное падение энергии на высоких скоростях заряда-разряда. Из-за этого производители электроники вынуждены выбирать между мощностью и безопасностью устройства.
«Эта дилемма и стала нашей основной мотивацией. Наша работа была направлена на разработку гель-полимерного электролита, использование которого, позволяет объединить два ключевых качества в одном литий-ионном аккумуляторе нового поколения: высокая мощность и безопасность», — рассказала соавтор статьи, к. х. н. Олеся Капитанова.
Вместо традиционного перебора материалов ученые провели ряд «виртуальных экспериментов» на основе комплексной электрохимической и механической модели. Этот метод позволил достаточно точно и быстро спрогнозировать, как керамические наполнители разного размера будут влиять на ключевые свойства полимерного электролита. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Energy Storage.
Исследователи обнаружили, что наилучшим решением будет использование наноразмерных твердоэлектролитных частиц состава Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3. Их применение привело к неожиданным результатам. Частицы равномерно распределились в полимерной матрице даже при низкой концентрации. Это значительно повысило механическую прочность и обеспечило быстрый транспорт ионов лития. Моделирование показало, что увеличение размеров частиц приводит к обратному эффекту и ухудшает работу аккумулятора. Предложенный подход, основанный на моделировании, позволил избежать многомесячных экспериментов и сразу нацелиться на получение оптимального электролита.
«Перед нами возникла новая задача: эффективный синтез этих керамических проводящих по иону лития частиц. Существующие методы низкоэффективные и требуют более 10 часов синтеза, что не позволяет получать чистый материал с размером частиц менее 100 нм. Наша команда разработала инновационный „пламенный золь-полимерный метод”», — поделилась Олеся Капитанова.
Ключевой этап нового синтеза — предварительный обжиг реагентов в пламени. Благодаря этому формируются твердоэлектролитные частицы без побочных примесей всего за 30 минут, что на порядок быстрее традиционных подходов.
Эксперименты с новым электролитом продемонстрировали выдающиеся результаты:
- Стабильность при высоких температурах: материал сохраняет форму и структуру даже при 180 °C. В таких условиях коммерческие электролитные сепараторы не выдерживают и разрушаются, приводя к короткому замыканию аккумулятора. Это открывает путь к созданию безопасных аккумуляторов нового поколения.
- Прочность и долговечность: новый электролит не уступает по прочности коммерческому аналогу, что является необходимым критерием при производстве и эксплуатации аккумуляторов.
- Высокая скорость заряда-разряда: тестирование прототипов аккумулятора на полученном электролите показало, что они сохраняют 85% емкости после 500 циклов быстрого перезаряда (4C). Более того, устройства оставались эффективными даже при сверхвысокой скорости разряда (10C). Для коммерческих аккумуляторов такой режим является серьезной нагрузкой, что зачастую приводит к деградации характеристик.
Разработанный научной группой электролит представляет собой перспективную альтернативу жидким и твердотельным аналогам. Простая и масштабируемая технология синтеза делает его привлекательным для массового производства. Применение предложенной разработки может ускорить внедрение более надежных и энергоэффективных устройств — от электромобилей до смартфонов и других устройств на аккумуляторах.
Исследование — результат сотрудничества ученых из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Научного центра перспективных междисциплинарных исследований «Идея», Куньминского университета науки и технологий (Китай), Московского физико-технического института, Сианьского университета Цзяотун (Китай), Исследовательского центра новых технологий XPANCEO (ОАЭ) и Государственного университета «Дубна».
Telegram 
Дзен 
VK Израильские биологи научили родственника табака самостоятельно вырабатывать пять психоделических веществ, которые в природе происходят из трех царств: растений, грибов и животных. Для этого ученые впервые расшифровали природный путь выработки ДМТ, а затем перенесли нужные гены в один организм.
В шаровых звездных скоплениях должно быть немало небольших черных дыр, но астрономам редко удается их обнаружить. И вот ученые нашли первую черную дыру звездной массы в огромном скоплении Омега Центавра. Объект оказался менее массивным, чем ожидали специалисты, зато с огромным орбитальным периодом.
Власти штата Нью-Йорк ввели на год мораторий на строительство крупных дата-центров. Таким образом, Нью-Йорк стал первым штатом, где действует такое ограничение.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно