Пока разработчики пытаются улучшить какой-то один показатель, часто ухудшаются остальные. В случае с литий-ионными аккумуляторами (ЛИА) долгое время в центре внимания были энергоемкость и долговечность, а безопасность оставалась на втором плане. Но теперь за нее взялись всерьез.
Жидкий электролит легко воспламеняется при повреждении аккумулятора, поэтому для решения проблемы ученые первым делом пытаются создать негорючий электролит.
Один из вариантов решения — добавки-антипирены, которые обеспечивают огнеупорность, замедляя процесс горения. Но они неоднозначно влияют на свойства батареи. Поэтому ученые отдают предпочтение другому варианту — замене жидкого электролита на твердотельный SSE (Solid-State Electrolyte). Правда, и здесь есть свои проблемы. Например, присадки, которые снижают хрупкость материалов SSE, сами довольно огнеопасны.
Сегодня существуют твердые электролиты трех видов: неорганические, полимерные и гибридные.
Неорганические имеют наивысшую проводимость из всех SSE. Однако их хрупкость и неспособность препятствовать распространению литиевых дендритов не позволяют полноценно использовать этот вид в ЛИА.
Полимерные SSE легкие, недорогие и имеют довольно высокую проводимость, но внутренняя мягкость также не позволяет им противостоять дендритам.
Ученые неоднократно пробовали изменить ситуацию путем армирования наночастицами или привязки «мягкого» электролита к твердому носителю, но особых успехов до сих пор не достигли.
И вот американские химики разработали композитный SSE.
Этот электролит составлен из пористой пленки бифункционального полиимида (PI) толщиной 10 мкм и легкого огнестойкого декабромдифенилэтана (DBDPE). Последний настолько прочен, что предотвращает проникновение дендритов. А SPE-наполнители гарантируют высокую ионную проводимость.
Полимер-полимерная сущность композитного электролита обеспечивает высокую плотность энергии аккумулятора. Следовательно, этот SSE не только огнеупорен, но и увеличивает энергоемкость батареи.
Экспериментальные ЛИА, в состав которых вошел инновационный SSE, продемонстрировали отличную циклическую стабильность и большую емкость.
Таким образом американские исследователи доказали возможность создания безопасных аккумуляторов без снижения рабочих характеристик.
