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 Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
В отличие от микрочастиц, наночастицы не только эффективно проходят барьеры дыхательной системы, но и идут дальше — в мозг человека. До сих пор масштаб смертности от них был неясен. Теперь исследователи выяснили, что она доходит до миллионов человек каждый год.
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