Низькотемпературна батарея Літій-іонна батарея не піддається сильним морозам
Літій-іонні акумулятори вважаються головним фактором серед акумуляторів. Вони порівняно легкі за вагою та мають високу щільність енергії. Їх давно можна знайти в компактному вигляді в ноутбуках, мобільних телефонах, цифрових фотоапаратах та акумуляторних викрутках. Зараз вони є майже в кожному електричному автомобілі та електронному велосипеді та забезпечують електродвигуни електрикою. Холодні зимові дні, коли температура опускається значно нижче нуля, створюють проблеми для джерел живлення. Тоді батареї втрачають багато своєї потужності: ємності та падіння напруги. Причина: рідкий електроліт стає більш в’язким і твердне, що зменшує його провідність.
Потім іони літію повільніше мігрують від катода до анода і навпаки. При мінус 20 градусах ємність звичайної літій-іонної батареї становить 50 відсотків, при мінус 40 градусах - лише 12 відсотків. У полярних областях літій-іонні батареї практично марні, якщо вони не забезпечені нагріванням або теплоізоляцією, що, однак, збільшує вагу.
Попередні підходи, щоб зробити літій-іонні акумулятори більш придатними для температури замерзання, в основному базувались на додаванні добавок до електроліту. Тільки електроліт, який є газоподібним при кімнатній температурі, зберігає велику частину своєї провідності при мінус 60 градусах, оскільки залишається рідким. Однак через тиск газу для батареї потрібен сталевий корпус, що також збільшує вагу.
Органічний холодоагент
Зараз китайські вчені представляють акумулятор, що витримує сильний холод, у журналі "Джоуль". Дослідники, що працюють з Юньяо Ся з Університету Фудань у Шанхаї, створили літій-іонну батарею, яка досі має 70 відсотків своєї початкової ємності при мінус 70 градусах. Щоб зробити своє джерело живлення стійким до холоду, Йонгяо Ся та його колеги використовують як електроліт суміш солі літію та етилацетату. Органічний розчинник має температуру замерзання мінус 84 градуси. Отже, електроліт залишається рідким і, отже, провідним навіть при низьких температурах.
Два твердих полімеру служать катодом і анодом, які можуть швидко поглинати і виділяти іони літію, навіть коли дуже холодно. На відміну від звичайних електродних матеріалів, вуглеводневі ланцюги не зберігають іони літію у своїх внутрішніх приміщеннях, що уповільнює процес зарядки та розряду при зниженні температури. Заряди залишаються на поверхні і звідти можуть швидше і легше стікати.
Джерело живлення для холодного запуску
Дослідники випробували прототипи своїх органічних літій-іонних батарей в холодній камері. Результат переконливий: акумулятор зберігав майже сто відсотків своєї ємності при мінус 40 градусах. При мінус 70 градусах все ще було 70 відсотків.
На думку дослідників, органічні батареї мають інші переваги: порівняно з перехідними металами, які зазвичай використовуються в якості електродного матеріалу, органічні компоненти можна виробляти дешево та екологічно безпечно - і вони доступніші. Органічні електроди коштували б приблизно на третину більше, ніж електроди в звичайних літій-іонних батареях.
Однак у органічних батарей все ще є один серйозний недолік. Щільність енергії нижча, ніж у звичайних літій-іонних батарей - вона приблизно знаходиться в діапазоні свинцевих батарей. Органічні джерела живлення занадто слабкі для багатьох застосувань та тривалого використання. Ся та його колеги вважають, що холодостійкі акумулятори добре підходять для подачі необхідного живлення під час холодного запуску.