Среди экспериментальных батарей, которые создают ученые, есть такая, в которой в качестве анода используется чистый металлический литий, а не смесь материалов, используемых в современных литий-ионных устройствах. Ученые совершили прорыв в том, как эти устройства работают при сверхнизких температурах, создав версию батареи которая работает на холоде при -60 ° C.

Причина, по которой литий-металлические батареи считаются такой многообещающей технологией, заключается в превосходной плотности энергии, которую предлагает анод из чистого металлического лития по сравнению со смесью графита и меди, используемой сегодня. Это различие настолько велико, что металлический литий описывается некоторыми исследователями аккумуляторов как «материал мечты», а другие считают его критически важным для преодоления узкого места в плотности энергии .

В качестве раствора, переносящего ионы лития между анодом и другим электродом, катодом, во время цикла электролит играет важную роль в работающей батарее. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) пытались разработать батарею, которая могла бы заряжаться и разряжаться при чрезвычайно низких температурах, что обычно требует дополнительных систем нагрева, и они сосредоточились на компоненте электролита, чтобы это произошло.

Цель состояла в том, чтобы разработать электролит, который не замерзает и способен удерживать ионы лития между электродами на холоде. Исследователи экспериментировали с двумя типами электролитов, один из которых сильно связывается с ионами, а другой - гораздо слабее. При этом они обнаружили, что то, насколько легко электролит может отпустить ионы, определяет, насколько хорошо батарея работает при низких температурах.

Экспериментальная ячейка с прочно связывающим электролитом перестала работать всего после двух циклов при использовании при температуре -60 ° C (76 ° F). Ячейка со слабосвязанным электролитом, тем временем, продолжала работать без сбоев после 50 циклов и сохранила 76 процентов своей емкости. При воздействии температур -40 ° C (-40 ° F) он сохраняет 84 процента своей емкости.

«То, как ионы лития взаимодействуют с электролитом на атомарном уровне, не только обеспечивает устойчивую цикличность при очень низкой температуре, но и предотвращает образование дендритов», - говорит автор исследования Чжэн Чен.

Команда построила на этих выводах прототип литий-металлической батареи с катодом на основе серы и слабо связывающим электролитом. Этот тип устройства может найти применение в экстремальных условиях, когда сверхнизкие температуры требуют дополнительных нагревательных устройств для аккумуляторов, чтобы они продолжали работать, например, в открытом космосе и морских исследованиях.

«С технологической точки зрения это первая перезаряжаемая литий-металлическая батарея, которая может обеспечивать значительную плотность энергии при холоде -60 C», - сказал участник исследования Пин Лю.