Специалисты Московского физико-технического института разработали новую технологию, которая позволит значительно повысить энергоемкость самых долговечных в мире литий-фторуглеродных батарей. Эти источники питания способны сохранять заряд десятки лет, что делает их востребованными в автономных системах — от кардио- и нейростимуляторов до спутников, космических аппаратов, датчиков и беспилотников, работающих в труднодоступных условиях. По оценкам ученых, предложенное решение позволит увеличить запас энергии одного элемент
По словам исследователей, литий-фторуглеродные батареи сегодня считаются самыми эффективными среди одноразовых источников тока. Они способны накапливать в несколько раз больше энергии, чем традиционные литий-тионилхлоридные элементы, и по удельной энергоемкости даже опережают многоразовые литий-ионные аккумуляторы. Благодаря минимальной деградации материалов такие батареи сохраняют стабильность в течение многих лет — спустя десятилетие хранения они почти не теряют заряд. Кроме того, устройства демонстрируют надежную работу при экстремальных температурах, в вакууме и не требуют частой замены.
Тем не менее у таких элементов есть и слабые стороны. В процессе эксплуатации на катоде образуется плотный слой побочных соединений, который препятствует свободному движению ионов лития и ускоряет разряд. Для решения этой проблемы ученые МФТИ предложили новый состав электролита с добавлением сульфоксида. Молекулы этого вещества вступают в реакцию на поверхности катода, формируя тонкую защитную пленку, через которую свободно проходят ионы лития, не повреждая материал.
«Представьте, что ионы лития — это машины, а поверхность катода — заправка. Со временем на подъезде к ней вырастает хаотичная пробка из мусора (побочных продуктов реакции), и машины тратят время и силы, чтобы проехать. Наша добавка действует как регулировщик, который организует эту зону. Она помогает сформировать ровную, проводящую дорогу прямо к заправке. В итоге КПД батареи повышается», — пояснила ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией технологий ионообменных мембран МФТИ Софья Морозова.
Первые испытания новой технологии показали, что модифицированный электролит обеспечивает рост удельной емкости батареи более чем на 3,4% по сравнению с обычной. В дальнейшем исследователи планируют увеличить этот показатель до 25%.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение