Российские ученые совместно с иностранными коллегами придумали революционный способ сделать мощные и безопасные аккумуляторы

Команда исследователей, среди которых сотрудники МФТИ, создала уникальный гель-полимерный электролит для батарей. Эта разработка обещает стать настоящим прорывом, ведь теперь можно создавать надежные аккумуляторы большой мощности, которые пригодятся в электромобилях, гаджетах и системах накопления энергии.

Сегодняшняя техника буквально живет благодаря литий-ионным батареям — от телефонов до электрокаров. Работают они так: ионы лития бегут туда-обратно между двумя электродами, проходя сквозь электролит. Электролиты бывают разные: жидкие и твёрдые.

Жидкий вариант хорош мощью и производительностью, но пожароопасен и может протечь, выделяя вредные вещества. Твёрдый вариант стабильней, однако при быстром заряде теряет энергию. Производителям приходится балансировать между безопасностью и мощностью, выбирая компромисс.

«Мы решили эту проблему, создав гель-полимерный электролит, сочетающий оба важных качества — безопасность и высокую мощность», — пояснила кандидат химических наук Олеся Капитанова, одна из авторов исследования.

Чтобы не тратить месяцы на эксперименты методом проб и ошибок, учёные использовали компьютерное моделирование. Они смоделировали поведение разных типов добавок в электролите и поняли, какой именно наполнитель обеспечит лучший результат. Оптимальным оказался состав наночастиц Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3. Эти крошечные частички прекрасно распределяются внутри полимера, делая конструкцию прочнее и обеспечивая быстрое перемещение ионов лития. Оказалось, что увеличивать размер частиц бессмысленно — эффективность падает.

Следующая задача состояла в создании самих наночастиц, поскольку традиционные способы были долгими и неэффективными. Учёные разработали новую технологию, которую назвали «пламенным золь-гель-методом». Суть метода проста: компоненты сжигают в огне, формируя чистые и мелкие частицы всего за полчаса. Результат превзошёл ожидания: испытания показали потрясающие характеристики нового материала.

Вот лишь некоторые преимущества нового электролита:

• Стойкость к высоким температурам: форма сохраняется вплоть до +180 градусов Цельсия, тогда как обычные аналоги плавятся и приводят к замыканиям.
• Прочность и надёжность: по прочности новый электролит ничуть не хуже промышленного стандарта.
• Быстрая зарядка и разрядка: после 500 циклов интенсивного тестирования батарея сохранила почти всю свою ёмкость. Даже при экстремально быстрой разрядке устройство продолжает эффективно работать.

Таким образом, разработанный учёными электролит имеет огромный потенциал для широкого внедрения. Новая технология легка в освоении и идеально подходит для массовых производств. Использование такого электролита ускорит появление долговечных и эффективных устройств, будь то электромобиль или смартфон .

Работа выполнена совместно специалистами МГУ, НЦПИ «Идея», Китайских университетов Куньмин и Сиань, Центра XPANCEO (ОАЭ) и Университета Дубна.