Китайские исследователи совершили значительный прорыв в технологии литий-ионных аккумуляторов, достигнув удельной энергии в 700 ватт-часов на килограмм (Втч/кг). Это достижение решает давние ограничения в химии электролитов, потенциально меняя ландшафт хранения энергии для электромобилей, аэрокосмической отрасли и применения в условиях низких температур.
Преодоление Существующих Ограничений
Традиционные литий-ионные аккумуляторы полагаются на карбонатные эфиры в качестве растворителей для солей лития. Хотя и эффективные, эти растворители имеют недостатки: они требуют больших объемов, препятствуя дальнейшему увеличению плотности энергии, и их сильное взаимодействие с ионами лития замедляет перенос заряда, особенно в холодных условиях (где производительность падает ниже -50°C).
Чтобы обойти эти проблемы, исследовательская группа под руководством профессора Чжао Цин (Университет Нанькай), академика Чэнь Цзюня и исследователя Ли Юна (Шанхайский институт источников космической энергии) разработала новый класс электролитов, используя фторированные углеводородные растворители. Эти растворители обеспечивают более эффективное растворение солей лития с улучшенной смачиваемостью, снижая общий объем электролита. Более слабое взаимодействие между литием и фтором также ускоряет перенос заряда даже при экстремально низких температурах.
Ключевые Результаты и Производительность
Новые литий-ионные аккумуляторы достигают 700 Втч/кг при комнатной температуре, что является существенным увеличением по сравнению с текущими коммерческими предложениями. Что крайне важно, они сохраняют производительность около 400 Втч/кг при -50°C, решая серьезную эксплуатационную проблему для аккумуляторов, используемых в суровых климатических условиях.
По словам профессора Чжао Цин, инновация сосредоточена на манипулировании электронной плотностью фтора и структурой молекул растворителя для оптимизации растворения солей лития. Такой подход позволяет получить аккумуляторы как с высокой плотностью энергии, так и с превосходной устойчивостью к низким температурам.
Последствия и Контекст
Это исследование имеет большое значение, поскольку современные передовые аккумуляторы, такие как серия Qilin от CATL, достигают пиковых значений около 250-255 Втч/кг на уровне системы. Хотя показатель 700 Втч/кг, вероятно, относится к самой ячейке, он представляет собой серьезный шаг к превышению возможностей современных технологий. Фактически, многие разрабатываемые твердотельные аккумуляторы в настоящее время испытывают трудности с преодолением порога в 400 Втч/кг.
Вывод очевиден: это исследование фактически перенесло удельную энергию традиционных литий-ионных аккумуляторов в область передовых твердотельных альтернатив.
Если эту инновацию удастся эффективно масштабировать, она может значительно увеличить дальность и производительность электромобилей, обеспечить питание для робототехники нового поколения и открыть новые возможности для аэрокосмической отрасли и работы в экстремальных условиях. Это развитие подчеркивает растущее доминирование Китая в области аккумуляторных технологий и предполагает потенциальный сдвиг на мировом рынке хранения энергии.
