Традиционные жидкие электролиты подвержены образованию кристаллических отростков, или дендритов, что ведет к потере емкости и угрозе воспламенения. Команда ученых из Китая разработала новый гелеобразный полимерный электролит с локализованной высококонцентрированной сольватационной структурой. Он продемонстрировал исключительную стойкость к окислению и высокую ионную проводимость при комнатной температуре, а также работоспособность при низких температурах и устойчивость к механическому давлению.
На фоне растущим спросом на батареи повышенной плотности энергии ученые из Нанкайского университета разработали высоковольтный электролит, совместимый с литиевыми анодами и катодами. Уникальная сольватационная структура электролита повысила стабильность на границе электролита и электрода, подавила рост дендритов и обеспечила высокие эксплуатационные характеристики в широком диапазоне температур.
Синтез гелеобразного полимерного электролита с локализованной высококонцентрированной сольватационной структурой включал полимеризацию однородного исходного раствора, состоящего из триэтиленгликольдиметакрилата в качестве мономера и специально разработанного пластификатора, при температуре 60 °С внутри элемента питания.
Разработанная для стабилизации высоковольтных характеристик, сольватационная структура способствует образованию неорганически богатой интерфазы, которая блокирует дендриты и защищает катод, рассказывает IE.
В итоге литий-металлическая батарея типа 18650, работающая при напряжении 4,7 В, показала плотность энергии до 250 Вт*ч/кг. Когда критическое напряжение, при котором аккумулятор считается полностью разряженным, возросло до 4,8 В, элементы питания сохранили стабильность разрядки-зарядки на протяжении 150 циклов с уровнем 0,5 С, обеспечивая высокую удельную емкость 248 мА*ч/г.
Вдобавок, при практическом использовании новая технология позволяет твердотельным литий-металлическим батареям типа 18650 достигать плотности энергии от 250 до 283 Вт*ч/кг при напряжении от 4,6 до 4,7 В. В ходе испытаний на прокол гвоздем элемент не показал утечки или возгорания. Это выгодно отличает его от батарей с жидким электролитом, которые в аналогичной ситуации часто воспламеняются. Более того, он сохранял высокие эксплуатационные характеристики даже при температуре –15 градусов.
