
Мощность зеленой энергетики в Казахстане выросла в 17 раз
08.07.2025
Даже если вы не знаете, что такое литий-ионный аккумулятор, вы, скорее всего, им пользуетесь — это стандартный элемент питания сотовых телефонов. Большая часть аккумуляторов производится сегодня в Китае. В России нет технологий их массового производства для гражданских применений, но в области научных разработок отставание все-таки меньше. Это подтверждается публикациями российских специалистов в этой области. Так, новые полимерные материалы для аккумуляторов, разработанные учеными Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) в Черноголовке открывают возможности перехода в технологии аккумуляторов от жидких электролитов к твёрдым. Это позволит использовать литий-ионные аккумуляторы при повышенных температурах — до 100оС — и снизить опасность их самопроизвольного воспламенения и взрыва. Результаты исследований ученых из Черноголовки опубликованы в последнем номере журнала Электрохимия.
В состав литий-ионных аккумуляторов входит так называемый электролит. Он заполняет пространство между анодом и катодом и обеспечивает протекание тока ионов лития между электродами при зарядке и разрядке аккумулятора. Обычно электролит имеет сложный состав и содержит органические растворители. Разработчики из Черноголовки предложили использовать в качестве электролита твердый полимер с добавками соли лития, который они синтезировали в своей лаборатории.
«Мы заинтересовались вопросом твердых полимерных электролитов в 2008 году, когда получили запрос от японской компании „Ниссан“, — рассказывает участник исследований, старший научный сотрудник ИПХФ РАН Ольга Ярмоленко. — Аккумуляторы с жидким или гель-полимерным электролитом [эта технология используется сейчас, — прим. ред.] закипают уже при 80оС. Японцы же хотели ставить литий-ионные аккумуляторы на электромобили, а там случаются и более высокие рабочие температуры. В электромобиль нужен крупногабаритный аккумулятор, если он взорвется, то взрыв будет очень сильным. Разумеется, вероятность того, что это произойдет должна быть исключена. Аккумуляторы с твердым полимерным электролитом с этой точки зрения безопасны. Совместной работы с „Нисаном“ не получилось, грянул кризис, но исследования продолжаются», — заключает Ольга Ярмоленко.
На первом этапе исследований разработчикам не удалось достичь значительных значений проводимости, достаточных, чтобы их можно было считать пригодными для литий-ионных аккумуляторов. Но проводимость синтезированных в Черноголовке материалов можно улучшать.
Чаще всего в качестве твердой полимерной матрицы выбирается полиэтиленоксид, но он имеет существенный недостаток — очень низкую проводимость ионов лития при комнатной температуре — 10-8 Ом-1?см-1. Ученые ставили перед собой цель подобрать полимер, с которым литий-ионные аккумуляторы будут взрывобезопасными (из-за отсутствия органического растворителя) и функциональными в широком интервале температур — от +20оС до +100оС.
Учёные синтезировали полимеры, используя реактивы на основе легко вступающего в реакцию вещества — олигогидроксиэтилакрилата. Кроме этого, в реакцию вводили оригинальный компонент на основе полиэтиленгликоля и сложных изоцианатов — веществ, использующихся в промышленности для получения полиуретана. Этот компонент увеличивает подвижность молекул полимера в электролите, за счет чего возрастает его проводимость.
Далее были проведены исследования электрохимических свойств твердого электролита, в том числе и проводимость. Оказалось, что при низких температурах проводимость их полимера почти в 300 раз выше, чем у стандарта — полиэтиленоксида. При повышении температуры до +100оС она возрастала еще в 100 раз. К сожалению, ни в первом, ни во втором случаях значения, которых достигли разработчики, не достаточно велики, чтобы их можно было считать пригодными для литий-ионных аккумуляторов. "Наши исследования начаты недавно и проводимости, которые мы получили пока не очень высокие, — соглашается участник исследований, старший научный сотрудник ИПХФ РАН Ольга Ярмоленко.
В дальнейшем ученые из Черноголовки планируют улучшать проводимость своих материалов. Они попытаются это сделать, проводя модификации полимерной матрицы электролита неорганическими наночастицами оксидов титана, кремния и алюминия с размерами около 30 нм, которые, согласно литературным данным, повышают ионную проводимость.
Новости компаний 09.07.2025
Новости компаний 08.07.2025
Новости компаний 01.07.2025
Новости компаний 24.06.2025
Новости компаний 20.06.2025
Технологии 17.06.2025
Традиционная энергетика 09.06.2025
Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться
Читайте также