Китайські дослідники здійснили значний прорив у технології літій-іонних акумуляторів, досягнувши питомої енергії 700 ват-годин на кілограм (Втч/кг). Це досягнення вирішує давні обмеження у хімії електролітів, потенційно змінюючи ландшафт зберігання енергії для електромобілів, аерокосмічної галузі та застосування в умовах низьких температур.
Подолання існуючих обмежень
Традиційні літій-іонні акумулятори покладаються на карбонатні ефіри як розчинники для солей літію. Хоча й ефективні, ці розчинники мають недоліки: вони вимагають великих обсягів, перешкоджаючи подальшому збільшенню щільності енергії, і їхня сильна взаємодія з іонами літію сповільнює перенесення заряду, особливо в холодних умовах (де продуктивність падає нижче -50°C).
Щоб уникнути цих проблем, дослідницька група під керівництвом професора Чжао Цин (Університет Нанькай), академіка Чень Цзюня та дослідника Лі Юна (Шанхайський інститут джерел космічної енергії) розробила новий клас електролітів, використовуючи фторовані вуглеводневі розчинники. Ці розчинники забезпечують більш ефективне розчинення солей літію з покращеною змочуваністю, знижуючи загальний обсяг електроліту. Більш слабка взаємодія між літієм та фтором також прискорює перенесення заряду навіть за екстремально низьких температур.
Ключові Результати та Продуктивність
Нові літій-іонні акумулятори досягають 700 Втч/кг за кімнатної температури, що є суттєвим збільшенням порівняно з поточними комерційними пропозиціями. Що вкрай важливо, вони зберігають продуктивність близько 400 Втч/кг при -50°C, вирішуючи серйозну експлуатаційну проблему для акумуляторів, що використовуються в суворих кліматичних умовах.
За словами професора Чжао Цін, інновація зосереджена на маніпулюванні електронною щільністю фтору та структурою молекул розчинника для оптимізації розчинення солей літію. Такий підхід дозволяє отримати акумулятори з високою щільністю енергії, так і з чудовою стійкістю до низьких температур.
Наслідки та Контекст
Це дослідження має велике значення, оскільки сучасні передові акумулятори, такі як Qilin серія від CATL, досягають пікових значень близько 250-255 Втч/кг на рівні системи. Хоча показник 700 Втч/кг, ймовірно, відноситься до самої комірки, він є серйозним кроком до перевищення можливостей сучасних технологій. Фактично, багато твердотільних акумуляторів, що розробляються, в даний час зазнають труднощів з подолання порога в 400 Втч/кг.
Висновок очевидний: це дослідження фактично перенесло питому енергію традиційних літій-іонних акумуляторів до передових твердотільних альтернатив.
Якщо цю інновацію вдасться ефективно масштабувати, вона може значно збільшити дальність та продуктивність електромобілів, забезпечити харчування для робототехніки нового покоління та відкрити нові можливості для аерокосмічної галузі та роботи в екстремальних умовах. Цей розвиток підкреслює зростаюче домінування Китаю в галузі акумуляторних технологій та передбачає потенційне зрушення на світовому ринку зберігання енергії.
