Китайские ученые решили проблему "боязни холода" литий-ионных аккумуляторов, запас хода электромобилей может превысить 1000 километров

В будущем пробег электромобилей на одной зарядке, возможно, перестанет быть мечтой. 19 марта из Шанхайского института космических технологий Китайской академии технологий поступила хорошая новость: объединённая команда, состоящая из сотрудников Шанхайского института космических технологий 811 и научных работников Нанкинского университета, опубликовала в престижном международном научном журнале «Nature» важнейший прорыв в области литий-ионных аккумуляторов.

Эта команда успешно разработала новый тип электролита на основе гидрофторуглеродов, который не только в разы повысил энергоемкость литий-ионных аккумуляторов, но и полностью решил проблему их отказа в холодных условиях. Это означает, что в будущем электромобили смогут проехать более 1000 километров за одну зарядку, а в экстремально холодных условиях при -70°C они смогут работать без сбоев.

Объединённая команда, состоящая из сотрудников Шанхайского института космических технологий 811 и Нанкинского университета, опубликовала в журнале «Nature» важнейший прорыв в области литий-ионных аккумуляторов.

Долгое время, несмотря на широкое распространение литий-ионных аккумуляторов, их развитие было ограничено двумя основными недостатками: боязнью холода и низкой ёмкостью при хранении энергии.

Исследователь Ли Юн из Шанхайского института космических технологий 811 рассказал, что современные основные модели литий-ионных аккумуляторов имеют энергоемкость около 300 Вт·ч/кг при комнатной температуре, однако при понижении температуры до -20°C их характеристики резко ухудшаются: ёмкость сокращается более чем вдвое, и достигает менее 150 Вт·ч/кг. Именно поэтому зимой электромобили значительно теряют запас хода, а мобильные телефоны в условиях улицы часто автоматически выключаются.

Однако новое достижение повысило энергоемкость аккумуляторов при комнатной температуре до более чем 700 Вт·ч/кг, а при -50°C их показатели всё ещё достигают около 400 Вт·ч/кг, что значительно превосходит существующие аккумуляторы в условиях обычной температуры.

Проще говоря, при одинаковом весе новая технология увеличивает ёмкость аккумулятора в 2–3 раза. Для обычных потребителей наиболее очевидным станет то, что запас хода электромобиля увеличится с нынешних пяти-шести сотен километров до 1000 километров и более, что избавит от тревоги о пробеге.

Ключ к этому прорыву — революция в электролите, «крови» аккумулятора. Электролит — это проводник между положительным и отрицательным электродами, отвечающий за передачу заряда. Традиционные электролиты в основном состоят из кислорода и азота, которые хорошо растворяют литиевые соли, но их транспортный путь недостаточно широк и гладок, что ограничивает эффективность передачи заряда, из-за чего аккумуляторы имеют низкую ёмкость и плохо работают в холоде.

Научная команда пошла по иному пути, сосредоточив внимание на фторе, который находится в том же периодическом ряду, что и кислород. Столкнувшись с техническими трудностями растворения литиевых солей в фторе, команда многолетними усилиями успешно синтезировала новый растворитель на основе монофторуглеродов.

Этот новый электролит можно сравнить с модернизированной скоростной автомагистралью — он более гладкий и стабильный, что значительно повышает скорость движения ионов при низких температурах, позволяя аккумулятору сохранять мощность даже в экстремальных холодах.

Экспериментальные данные показывают, что аккумуляторы, использующие эту технологию, могут нормально работать при -70°C, что достаточно для условий антарктических исследований и космических миссий.

В этом проекте важную роль сыграл Шанхайский институт космических технологий 811, который взял на себя всю цепочку задач — от оптимизации электролита и проектирования аккумуляторов до проверки их работы в реальных условиях, что ярко демонстрирует мощь передовых технологий в области энергетики в нашей стране.

Ли Юн отметил, что значение этой технологии выходит далеко за рамки лабораторных данных: она способна произвести революцию в нескольких сферах. В области высоких технологий она обеспечит более длительный срок службы и большую грузоподъемность космических аппаратов, беспилотных летательных аппаратов и интеллектуальных роботов в условиях сильного холода; в повседневной жизни она решит проблемы с характеристиками аккумуляторов следующего поколения для электромобилей и мобильных устройств, что позволит значительно увеличить запас хода электромобилей и время работы телефонов в холодных условиях, а также преодолеть трудности с ёмкостью хранения энергии и температурной адаптацией аккумуляторов, открывая путь к более мощной и безопасной энергетической будущности.