МОСКВА, 24 октября. /ТАСС/. Российские химики выяснили, что электролиты для литиевых аккумуляторов на базе элтиленкарбоната значительно превосходят их ближайшие аналоги за счет того, что это вещество защищает графитовые аноды батарей от коррозии в процессе их изготовления. Понимание этого позволит создать более эффективные и безопасные электролиты, сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).
«На ранних этапах коммерциализации литий-ионных батарей ученые столкнулись с проблемой коррозии графитового анода: электролиты на базе пропиленкарбоната хорошо взаимодействовали с литием, но оказались чрезвычайно агрессивными по отношению к графиту. Это препятствовало использованию графитовых электродов, пока в качестве альтернативного растворителя в составе электролита не был предложен этиленкарбонат», — говорится в сообщении.
Двум российским исследователям, старшему научному сотруднику «Сколтеха» Сергею Лучкину и его коллеге Егору Пажетнову, удалось раскрыть причину того, почему эти похожие друг на друга молекулы совершенно разным образом воздействуют на долговечность анода — отрицательного полюса аккумулятора, который обычно изготавливается из пористого графита. Ученые совершили это открытие при изучении того, как формируется так называемый твердоэлектролитный слой.
Так исследователи называют особую прослойку на поверхности анода, которая возникает при первичном заряде и разряде аккумулятора в процессе изготовления на заводе и защищает его от деградации в результате окислительно-восстановительных реакций. Российские химики обнаружили, что еще до формирования этой пленки на поверхности анода возникает особо плотный слой из молекул этиленкарбоната, который защищает графит от расслоения.
Этот слой не возникает при использовании пропиленкарбоната в качестве основы для электролита, что приводит к ускоренному проникновению лития в толщу графита и способствует развитию коррозии еще до того, как защитный твердоэлектролитный слой успеет сформироваться на поверхности анода. Это объясняет, почему этиленкарбонат значительно превосходит аналоги, которые инженеры пытались применять при разработке аккумуляторов.
Открытие данной прослойки, как заключают ученые, ускорит разработку новых электролитов для литиевых батарей, а созданный ими подход для изучения процессов внутри аккумуляторов поможет получить аналогичные сведения для альтернативных систем запасания энергии, при создании которых ученые пытаются заменить литий на более дешевые и доступные вещества, в том числе натрий и калий.
Об устройстве литиевых аккумуляторов.
Современные аккумуляторы состоят из трех частей — катода, анода и электролита. Как правило, мощность батареи напрямую зависит от состава и структуры катода, а их долговечность — от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда. Подобные соображения заставляют ученых активно работать над созданием новых электролитов и материалов для катода и анода, которые бы превосходили предшественников по долговечности и емкости.