E&ES: Новый электролит предотвращает возгорание и тепловой выброс в аккумуляторах

Йонг-Джин Ким и Джайеон Бэк из Корейского института промышленных технологий разработали невоспламеняющийся электролит, который не загорается при комнатной температуре благодаря изменению молекулярной структуры линейного органического карбоната.

По мере расширения использования средних и крупных литий-ионных батарей в электромобилях и системах накопления энергии (ESS) растет обеспокоенность по поводу пожаров и взрывов. Пожары в аккумуляторах возникают при коротком замыкании в результате внешних воздействий, небрежного обращения или старения, а явление теплового разгона, сопровождающееся последовательными экзотермическими реакциями, затрудняет тушение пожара и создает высокий риск травмирования людей. В частности, линейный органический карбонат, используемый в коммерческих электролитах для литий-ионных аккумуляторов, имеет низкую температуру вспышки и легко загорается даже при комнатной температуре, что часто и является непосредственной причиной возгорания.

До сих пор для снижения горючести электролита широко применялось интенсивное фторирование в молекулах растворителя или высококонцентрированных солей. В результате транспорт литий-иона в электролите снижался или он оказывался несовместимым с коммерческими электродами, что ограничивало их коммерциализацию.

Применяя одновременное удлинение алкильной цепи и алкокси-замещение в молекуле диэтилкарбоната (DEC) — типичного линейного органического карбоната, используемого в коммерческих электролитах для литий-ионных батарей, исследователи разработали новый электролит — бис (2-метоксиэтил) карбонат (BMEC), обладающий повышенной температурой вспышки и ионной проводимостью за счет увеличения межмолекулярных взаимодействий и способности к сольватации.

Температура вспышки раствора BMEC составляет 121°C, что на 90°C выше, чем у обычного раствора ДЭК, и поэтому он не воспламеняется в температурном диапазоне работы обычных аккумуляторов. BMEC способен диссоциировать соль лития сильнее, чем его простой алкилированный аналог — дибутилкарбонат (DBC), что позволяет решить проблему замедленного транспорта ионов лития при снижении горючести за счет увеличения межмолекулярного взаимодействия. В результате он сохраняет более 92% от первоначальной скоростной способности традиционного электролита при значительном снижении пожароопасности.

Кроме того, новый электролит снизил выделение горючих газов на 37% и тепловыделение на 62% по сравнению с обычным электролитом. Исследовательская группа продемонстрировала стабильную работу литий-ионных аккумуляторов емкостью 1 Ач в течение 500 циклов, сочетая новый электролит с высоконикелевым катодом и графитовым анодом. Кроме того, они провели испытание на пробивание гвоздем 70% заряженного литий-ионного аккумулятора емкостью 4 Ач и подтвердили подавление теплового разряда.

Доктор Мина Ли (Minah Lee) из KIST заявляет:

Результаты этого исследования открывают новое направление для разработки невоспламеняющихся электролитов, при создании которых неизбежно приносились в жертву электрохимические свойства или экономическая целесообразность.

Разработанный негорючий электролит обладает конкурентоспособностью по стоимости и отличной совместимостью с электродными материалами с высокой энергетической плотностью, поэтому ожидается, что он будет применяться в традиционной инфраструктуре производства батарей. В конечном итоге это ускорит появление высокоэффективных батарей с отличной термостабильностью.

Д-р Jayeon Baek из KITECH заключает:

Разработанный в данном исследовании раствор BMEC может быть синтезирован методом переэтерификации с использованием недорогих катализаторов и легко масштабируется. В будущем мы разработаем метод синтеза с использованием газа C1 (CO или CO2), чтобы еще больше повысить его экологичность.

Результаты опубликованы в издании Energy & Environmental Science.

01.08.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Время разбрасывать камни: ультразвуковая чистка зубов возвращает уверенность в себе
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта