Компанія Asolution оголосила про вирішення, здавалося б, суперечливих вимог до акумулятора з високою щільністю енергії, який працює при дуже низьких температурах. Робота ще далека від масового виробництва, але вона показує, що головна перешкода на шляху електрифікації авіації не така вже й нездоланна, як багато хто вважав, і що існує багато інших потенційних застосувань.
Літій-іонні акумулятори завоювали більшу частину світу, але на полюсах у них виникають проблеми. Коли температура падає, вони заряджаються повільніше і зберігають менше енергії. Зменшення їхньої здатності зберігати енергію в холодну погоду є поширеною причиною, чому люди уникають електромобілів, хоча Норвегія, відома своєю холодною погодою, здається безпроблемною країною. Навіть якщо проблеми при звичайних низьких температурах перебільшені, ситуація погіршується при температурах, які більшість з нас сподівається ніколи не відчути.
Обмеження на використання енергії взимку в Антарктиді не є проблемою для глобального енергетичного переходу, але висоти, на яких літають літаки, також дуже холодні. На додаток до проблем зі створенням достатньо легких батарей для великих літаків, аерокосмічні інженери не хотіли б мати справу з необхідністю підтримувати їх у теплі. Тепер, схоже, їм, можливо, і не доведеться.
Причина, чому літій-іонні акумулятори так не люблять холод, полягає в тому, що вважається, що навіть більш важливі характеристики, такі як висока щільність енергії та швидке заряджання, можуть бути досягнуті лише у вузькому діапазоні робочих температур. Оскільки більшість акумуляторів повинні працювати при температурі, в якій живе людина, це означає, що при зниженні температури доведеться пожертвувати продуктивністю.
Проблема полягає в електролітах акумуляторів, але команда під керівництвом професора Сіулін Фан з Чжецзянського університету стверджує, що електроліт, виготовлений з використанням “малорозмірних розчинників з низькою енергією розчинення”, може зробити все це.
Існуючі електроліти добре проводять іони літію і взаємодіють з графітовими анодами при температурі 25°C (77°F), але з пониженням температури ці властивості погіршуються. Висококонцентровані електроліти та інші альтернативи дозволяють уникнути замерзання на анодній поверхні, але лише за рахунок більшої в’язкості і, відповідно, меншого заряду, що знижує продуктивність у звичайних умовах.
Команда дослідила ефективність ряду розчинників і виявила, що три малорозмірні розчинники можуть утворювати канали для транспортування Li+, які сприяють швидкому переміщенню іонів. Два з них не відповідають іншим основним вимогам до акумуляторних електролітів, але фторацетонітрил, здається, відповідає всім необхідним критеріям. Той факт, що його абревіатура (FAN) збігається з іменами двох членів команди, ймовірно, просто щасливий збіг.
Демонстраційні батареї з електролітом FAN демонструють видатну іонну провідність при кімнатній температурі, стверджує команда, а також добре заряджаються і розряджаються при температурі від -80°C до 60°C (від -112° до 140°F). При температурі -70°C (-94°F) продуктивність FAN перевершує деякі альтернативи приблизно в 10 000 разів.
Ці батареї зберегли свою продуктивність протягом 3 000 циклів за температури 6°C (43°F).
Як повідомляє South China Morning Post, Фан розповів китайськомовному сайту Science Times, що батарею “можна зарядити за 10 хвилин до 80 відсотків ємності”.
Секрет полягає у формуванні двох шарів навколо іонів літію, відомих як оболонки, які є меншими і більш транспортабельними, ніж у розведених карбонатних електролітах.
Літій-іонні акумулятори домінують на існуючому ринку акумуляторів, здебільшого тому, що вони дуже легкі для енергії, яку вони можуть зберігати. Це робить їх безцінними для ноутбуків і мобільних телефонів, а тепер і для електромобілів. Додаткові дослідження, які привернули увагу до цього домінування, а також економія на масштабах виробництва означають, що вони також є домінуючою технологією на швидкозростаючому ринку стаціонарних акумуляторів. Однак, коли мова йде про великі батареї, які вбирають енергію від сонячних панелей протягом дня, щоб використовувати її ввечері, багато інших технологій, що використовують дешевші матеріали, наступають на п’яти літій-іонним акумуляторам.
Команда Фан стверджує, що їхня технологія є “універсальною і може бути поширена на інші електроліти для метало-іонних акумуляторів”, що стане гарною новиною для операторів електромереж у холодних регіонах, які шукають способи збалансувати вироблення енергії взимку.