Новый гель-электролит: продлеваем жизнь батарей электромобилей

Исследовательская группа из Университета науки и технологий Ульсана (UNIST) представила инновационный гель-электролит, способный значительно увеличить срок службы и повысить безопасность высоковольтных аккумуляторов для электромобилей, предназначенных для дальних поездок.

Этот уникальный электролит эффективно подавляет образование активных форм кислорода (АФК) — основной причины деградации аккумуляторов. В результате, срок службы батарей увеличивается в 2,8 раза, а их разбухание сокращается в шесть раз.

Под руководством профессора Хён-Кона Сонга с кафедры энергетики и химической инженерии UNIST, в сотрудничестве с доктором Со-Хён Чон из Корейского научно-исследовательского института химических технологий (KRICT) и доктором Чихён Хваном из Корейского института электронных технологий (KETI), команда разработала гелевый полимерный электролит на основе антрацена (An-PVA-CN). Этот материал, являющийся полутвердым гелем, фундаментально блокирует высвобождение АФК из электродов во время зарядки под высоким напряжением.

Высоковольтные литий-ионные аккумуляторы (ЛИБ), заряжаемые напряжением выше 4,4 В, обладают большей энергоемкостью, но также несут повышенные риски. Увеличенное напряжение дестабилизирует кислород в никель-содержащем катоде, превращая его в АФК, которые выделяют газы. Это повышает вероятность взрыва и сокращает срок службы батареи.

Антраценовый компонент нового электролита связывается с нестабильным поверхностным кислородом, предотвращая образование синглетного кислорода (¹O₂) — ключевого фактора дальнейшей деградации. Кроме того, антрацен улавливает и удаляет уже существующие активные формы кислорода, обеспечивая двойной уровень защиты.

Другой важный компонент — нитрильная группа (-CN) — стабилизирует никель в катоде, предотвращая его растворение и структурную деформацию во время зарядки.

«Особенность этого исследования заключается в том, что оно напрямую предотвращает образование АФК в источнике», — пояснил ведущий автор Чонгин Ли. «Предыдущие подходы либо нейтрализовали АФК после их образования, либо модифицировали электрод для подавления выделения кислорода».

Аккумуляторы, оснащенные новым электролитом, сохранили 81% своей первоначальной емкости после 500 циклов заряда-разряда при высоком напряжении 4,55 В. В то же время, традиционные аккумуляторы опустились ниже 80% емкости уже после 180 циклов, что свидетельствует о почти трехкратном увеличении срока службы.

Более того, газообразование и, как следствие, разбухание были значительно уменьшены. Гелевый электролит ограничил увеличение объема примерно до 13 микрометров по сравнению с 85 микрометрами в обычных батареях, что означает примерно шестикратное сокращение.

«Это исследование демонстрирует, что кислородные реакции в высоковольтных аккумуляторах можно контролировать на этапе проектирования электролита», — отметил профессор Сонг. «Этот принцип может быть применен для разработки легких ЛИБ для аэрокосмических приложений и крупномасштабных систем хранения энергии».