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

AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка

Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все...

В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые м...

PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов

Ядерный синтез может стать идеальным решением ...

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Выяснилось, как Т-клетки и белки обеспечивают баланс иммунной системы
Nature: Выяснилось, как Т-клетки и белки обеспечивают баланс иммунной системы
В ПНИПУ скорректировали модель поведения течений в микрожидкостных устройствах
В ПНИПУ скорректировали модель поведения течений в микрожидкостных устройствах
Brain Sciences: Ученые выяснили, от чего зависит частота женских оргазмов
Brain Sciences: Ученые выяснили, от чего зависит частота женских оргазмов
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
В ЛЭТИ разработали цифровой сервис с VR для обучения медицинских инженеров
В ЛЭТИ разработали цифровой сервис с VR для обучения медицинских инженеров
Ученые МГУ выделили новую термофильную бактерию
Ученые МГУ выделили новую термофильную бактерию
Nature Geoscience: Не все жидкости на Марсе были водой
Nature Geoscience: Не все жидкости на Марсе были водой
Биолог КФУ развеял популярные мифы и заблуждения о растениях
Биолог КФУ развеял популярные мифы и заблуждения о растениях
Nature Catalysis: Ученые превратили кишечную палочку в полезную супербактерию
Nature Catalysis: Ученые превратили кишечную палочку в полезную супербактерию
В России разработан материал для сверхбыстрых сенсоров
В России разработан материал для сверхбыстрых сенсоров
HortRes: Два ключевых белка повышают эффективность усвоения томатами фосфора
HortRes: Два ключевых белка повышают эффективность усвоения томатами фосфора
Разработан портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами
Разработан портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами
На МКС впервые изготовили 3d-аналоги костной ткани
На МКС впервые изготовили 3d-аналоги костной ткани
NewAst: Высокоскоростные облака составляют меньшую часть массы Млечного Пути
NewAst: Высокоскоростные облака составляют меньшую часть массы Млечного Пути
PRSB: Новая система выявляет проблемы на рынках кредитования биоразнообразия
PRSB: Новая система выявляет проблемы на рынках кредитования биоразнообразия

Новости компаний, релизы

В МИФИ наградили лучшие студенческие научные общества
Лучшие программы для преобразования звука в текст
ТГУ готовит специалистов для российской электронной промышленности
Пироговский университет стал победителем премии «Сноба» «Сделано в России»
Наука во льдах и за партой: молодые ученые Поморья проводят для школьников и студентов необычные лекции