27.10.2020

Швейцарские ученые разработали электролит нового типа для литий-ионных батарей

Картинка Швейцарский ученый

Кобальт считается проблемным веществом в литий-ионных батареях: катодный материал дорогой, а также часто имеет сомнительное происхождение. Однако гексафторфосфат (PF6-), соль фтора, содержащаяся в электролитах, также не лишена проблем. Эта соль сохраняет стабильность батареи в течение длительного времени и обеспечивает высокое напряжение аккумуляторных ячеек.

При соприкосновении с водой или влажным воздухом соединение разлагается на токсичный высококоррозионный фтористый водород (HF). Поэтому, когда аккумулятор работает, он должен находиться в полностью герметичной оболочке — в противном случае из него будут выделяться токсичные соединения фтора. При дальнейшей утилизации, однако, в воздухонепроницаемом корпусе вырезается шель. Выходящий из корпуса фтористый водород делает переработку сложной и дорогой.

Для решения этой проблемы Швейцарский федеральный институт испытаний материалов и исследований (EMPA) приступил к работам над исследовательским проектом под названием «Fluoribat». В рамках проекта исследователи разработали для литий-ионных батарей новый невоспламеняющийся электролит на водной основе, который совместим с материалами электродов в батареях, используемых уже сегодня. «После 200 циклов зарядки и разрядки наши ячейки по-прежнему сохраняют более 80% от своей начальной емкости», — говорит исследователь аккумуляторов из Empa Максимилиан Беккер.

По словам исследователей, водостойкая литиевая соль, которую Empa использует в своих экспериментальных аккумуляторных ячейках, может быть произведена в больших масштабах по конкурентоспособным ценам. Тем не менее, для успешной коммерциализации необходимо еще улучшить долгосрочную стабильность батареи. Но если это препятствие будет преодолено, то такую батарею можно будет производить и утилизировать в конце срока ее службы намного дешевле, ожидают швейцарские ученые — тогда абсолютно сухая среда больше не требуется.

Переработка старых литий-ионных батарей на водной основе также открывает новые возможности для круговой экономики. Если соли электролита могут быть извлечены из батарей простым способом, то фтор, содержащийся в них, может быть использован для новых батарей — все более важный аспект для количества аккумуляторов, ожидаемых в будущем. Анализ отдела технологий и общества Empa показывает преимущества батарей на основе нечувствительных к воде солей фтора. В исследовании говорится, что это новое поколение батарей следует сравнить с батареями нынешнего поколения с точки зрения безопасности и окружающей среды. Empa является партнером европейского проекта Battery2030 +, который будет координировать исследования аккумуляторов на европейском уровне.