Российские химики нашли способ повысить энергетическую емкость щелочных батареек и аккумуляторов почти в полтора раза, изучив свойства концентрированных солей лития. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Electrochimica Acta.

Сегодня ученые активно ищут замену литий-ионным источникам питания, которые применяют 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, ограничено.

Простейший способ решить эту проблему, как отмечает Олег Дрожжин, химик из МГУ, — повысить рабочее напряжение аккумулятора: чем оно выше, тем больше энергии он может запасать. Однако это не просто, так как каждый тип электролита, который наполняет аккумуляторы и батареи, «заточен» на работу с конкретным напряжениям, а 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 — это 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 редко применяются на практике.

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.

Электрохимическая ячейка, в которой изучаются механизмы процессов в литий-воздушных аккумуляторах
Как показали опыты, раствор тетрафторбората лития (LiBF4) может запасать энергию при высоких напряжениях, при этом повышение его концентрации не приводит к разрушению электродов батареи, взрывам и другим побочным эффектам. Более того, такие батареи вели себя более стабильно, чем их «обычные» кузины, и теряли меньше емкости при перезарядке — она 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, ключевой компонент которых — не литий, а натрий или калий. Такие аккумуляторы не будут более емкими, чем их литиевые собраты, но зато стоить будут меньше, что позволит использовать их в качестве «банков электричества» для крупных промышленных объектов.

Работа российских ученых из МГУ и Сколтеха поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.