В США разработали литий-ионный аккумулятор на основе водных электролитов

По мере того как литий-ионные аккумуляторы, которые питают большинство телефонов, ноутбуков и электромобилей, становятся все более быстрыми и высокопроизводительными, они также становятся все более дорогими и легковоспламеняющимися.

В исследовании, опубликованном недавно в журнале Energy Storage Materials, команда инженеров из Политехнического института Ренсселера продемонстрировала, как они могут — используя водные электролиты вместо типичных органических электролитов — собрать существенно более безопасную и экономичную батарею, которая по-прежнему хорошо работает.

Если бы вы заглянули внутрь батареи, то обнаружили бы два электрода — анод и катод. Эти электроды погружены в жидкий электролит, который проводит ионы по мере заряда и разряда аккумулятора.

Водные электролиты рассматривались для этой роли из-за их невоспламеняющейся природы и потому, что, в отличие от неводных электролитов, они не чувствительны к влажности в производственном процессе, что делает их более легкими для работы и менее дорогими. Самой большой проблемой с этим материалом было поддержание производительности.

“Если вы прикладываете слишком много напряжения к воде, она электролизуется, что означает, что вода распадается на водород и кислород. Это проблема, потому что тогда вы выходите из газа, и электролит расходуется. Поэтому обычно этот материал имеет очень ограниченное окно напряжения”, - сказал Нихил Кораткар, профессор кафедры механики, аэрокосмической и ядерной техники в Ренсселере.

В этом исследовании Кораткар и его команда использовали специальный тип водного электролита, известный как электролит с водой в соли, который менее вероятно электролизуется.

Для катода исследователи использовали оксид марганца лития, а для анода - оксид вольфрама ниобия - сложный оксид, который, по словам Кораткара, ранее не исследовался в водной батарее.

“Оказывается, что оксид вольфрама ниобия является выдающимся с точки зрения энергии, хранящейся на единицу объема. С точки зрения объема, это был на сегодняшний день лучший результат, который мы видели в водной литий-ионной батарее”, - заявил Кораткар.

Сочетание возможности быстрой зарядки и возможности хранить большое количество заряда на единицу объема, сказал Кораткар, редко встречается в водных батареях.

Достижение такого уровня производительности при низких затратах и повышении безопасности имеет практические последствия. Для новых применений, таких как портативная электроника, электромобили и сетевое хранилище, способность упаковывать максимальное количество энергии в ограниченный объем становится критическим.