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

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната — важного ингредиента в составе электролитов литий-ионных батарей, предложили ученые из Сколтеха. Это вещество защищает графитовые аноды батарей от коррозии в процессе изготовления.

Работа позволит создать более эффективные и безопасные электролиты.

На ранних этапах коммерциализации литий-ионных батарей ученые столкнулись с проблемой коррозии графитового анода: электролиты на основе пропиленкарбоната хорошо взаимодействовали с металлическим литием, но были агрессивны по отношению к графиту.

Раньше нельзя было использовать графитовые электроды. Но когда в качестве растворителя в составе электролита предложили этиленкарбонат (ЭК), это стало возможным.

Молекулы ЭК похожи на молекулы другого вещества с точки зрения электрохимии, но по-разному ведут себя в отношении графитовых анодов. Ученые много лет исследуют и обсуждают природу этого различия и поведение ЭК, но пока не пришли к единому мнению.

В статье Центра энергетических технологий Сколтеха старший научный сотрудник Сергей Лучкин и ведущий инженер Егор Пажетнов предположили:

При наличии ЭК в составе электролита на поверхности графита образуется тонкий вязкий слой жидкости. Этот слой защищает графит от коррозии.

Эксперименты подтвердили эту гипотезу.

Этот слой вязкой жидкости появляется до формирования твердоэлектролитного слоя (SEI) в литий-ионном аккумуляторе. SEI — важный элемент аккумулятора, он образуется на поверхности анода при первичном заряде и разряде аккумулятора на заводе. Пленка предотвращает деградацию графитового анода и ухудшение характеристик устройства из-за восстановления электролита.

По мнению ученых, новое понимание взаимосвязи состава электролита и межфазной динамики между электролитом и анодом позволит создать более стабильные и эффективные аккумуляторы.

Исследование применимо не только к литий-ионным, но и к натрий- и калий-ионным аккумуляторам. Для этих технологий накопления энергии актуальна проблема образования твердоэлектролитного слоя. Работа ученых из Сколтеха дает понимание того, как физические свойства компонентов электролита влияют на процессы. Это может ускорить инновации в области накопления энергии.

Исследование опубликовано в издании Journal of Materials Chemistry A.

26.10.2024