Сегодня ученые активно пытаются найти замену литий-ионным источникам питания, которые используются в различных цифровых гаджетах, автономных медицинских приборах, промышленных инструментах и космических зондах. Емкость литий-ионных аккумуляторов относительно невысока, из-за чего их использование в электромобилях и других устройствах, требующих "промышленных" запасов энергии, крайне ограничено.
Простейший способ решить эту проблему, как отмечает Олег Дрожжин, химик из МГУ, заключается в повышении рабочего напряжения аккумулятора – чем оно выше, тем больше энергии он может запасать. Решить эту задачу не так просто, так как каждый тип электролита, который наполняет аккумуляторы и батареи, "заточен" на работу с конкретными напряжениями, и его понижение или повышение может резко понизить КПД или сроки работы источника питания.
Дополнительная проблема, как отмечают российские ученые, заключается в том, что повышение концентрации солей лития в электролите может сделать его нестабильным, что также мешает повышению емкости и долговечности литий-ионных аккумуляторов. Существующие решения этой проблемы, альтернативные виды солей лития, как отмечает Дрожжин, имеют высокую стоимость, из-за чего они применяются на практике достаточно редко.
Российские химики решили найти компромисс между стабильностью при высоком напряжении, высокой эффективностью и стоимостью электролита. Для этого они использовали хорошо известную, стабильную и достаточно дешевую соль лития, его соединение с фтором и бором, и изучили высоковольтную устойчивость растворов на ее основе при высоких концентрациях вещества.
Как показали эти опыты, раствор тетрафторбората лития (LiBF4) может запасать энергию при высоких напряжениях, и при этом повышение его концентрации не приводит к разрушению электродов батареи, взрывам и другим неприятным побочных эффектам. Более того, такие батареи вели себя более стабильно, чем их "обычные" кузины, и теряли меньше емкости при перезарядке, а их емкость не падала при повышении концентрации соли.
Дрожжин и его коллеги надеются, что их идея найдет применение в промышленности в ближайшее время, и будет использована при создании новых типов щелочных аккумуляторов, ключевым компонентом которых будет не литий, а натрий или калий. Такие аккумуляторы не будут более емкие, чем их литиевые собраты, но их стоимость будет значительно ниже, что позволит использовать их в качестве "банков электричества" для крупных промышленных объектов.
Работа российских ученых из МГУ и "Сколтеха" была поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.
