Чтобы обеспечить энергией наше все более электрифицированное общество, технологии хранения энергии должны развиваться и адаптироваться для удовлетворения растущего спроса. Литий-ионные аккумуляторы, которые уже являются неотъемлемой частью множества технологий, потребуют значительных улучшений в области высокой плотности энергии, безопасности, устойчивости к перепадам температур и экологической устойчивости, чтобы обеспечить будущее без выбросов, которое многие себе представляют.

Теперь команда инженеров во главе с Y. Ширли Мэн, профессор Притцкеровской школы молекулярной инженерии, продемонстрировала электролиты сжиженного газа, которые могут одновременно обеспечивать все четыре основных свойства. Исследование, проведенное совместно Калифорнийским университетом Мэн в Сан-Диего и лабораторией UChicago labs, открывает путь к созданию устойчивых, пожаротушащих, современных батарей, которые можно разрабатывать в больших масштабах. Их работа была опубликована в журнале Nature Energy.

Ицзе Инь, аспирант в области наноинженерии и соавтор статьи, рассказывает о том, как появилась эта работа.

"В 2017 году команда наноинженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила молекулы гидрофторуглерода, которые являются газами при комнатной температуре и сжижаются при определенном давлении", - сказал Инь. "Затем они изобрели новый тип электролита, который называется сжиженным газовым электролитом (LGE)". Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Science.

Сжиженный газовый электролит значительно расширяет выбор молекул растворителя электролита. Экранированные малые молекулы фторметана и дифторметана имеют низкую температуру плавления, быструю кинетику и широкий диапазон напряжений. Благодаря сочетанию сорастворителей эти характеристики позволяют этим сжиженным газовым электролитам демонстрировать отличные низкотемпературные характеристики (менее -60 ° C), кулоновский КПД литий-металлического сплава (> 99,8%) и высокую производительность высоковольтных катодов.

Однако электролит LGE еще не "идеален", поскольку давление насыщенных паров используемых молекул высокое, и, как и большинство электролитов, он все еще легко воспламеняется, что делает безопасность и защиту окружающей среды системы нерациональными.

Идея для этой работы возникла в результате беседы между Инь и Яном, аспирантами в области наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Инь упомянул, что в последующей работе он хотел попытаться заменить жидкие сорастворители с сильной сольватирующей способностью самой маленькой молекулой эфира - диметиловым эфиром (Me2O).

"В качестве молекулы газа Me2O можно использовать только в сжиженном газе", - сказал Инь. "Он может работать только в системе под давлением и может обеспечить лучшее взаимодействие литий-металл и стабильность при сохранении быстрой кинетики".

Ян согласился и выразил надежду, что система может быть еще более усовершенствована.

"Если мы продолжим использовать нынешние слабосольватированные растворители FM и DFM, существующие недостатки высокого давления и воспламеняемости не будут изменены", - сказал Ян. "Вместо этого мы должны работать над поиском молекул с повышенной связью фторированного углерода".

Они ссылались на структуру фторметана для поиска фторированных молекул с более длинными углеродными цепями при сохранении присущих сжиженным газам преимуществ, таких как низкая температура плавления, низкая вязкость и поддержание определенной полярности. Учитывая все вышеперечисленные требования, на ум пришли 1,1,1,2 тетрафторэтан (TFE) и пентафторэтан пентафторэтан (PFE).

Что еще более удивительно, так это то, что эти две молекулы являются основными компонентами в некоторых огнетушителях, а это означает, что молекулы не только негорючие, но и обладают превосходными огнетушащими свойствами.

ИСТОЧНИК