Ученые из Китайского университета в Гонконге (CUHK) разработали для литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) принципиально новый водный электролит — негорючий, экологически чистый, недорогой и способный обеспечить высокую плотность энергии.

Известно, что при всех своих достоинствах ЛИА имеют существенный недостаток — они горят. Оптимальным решением этой проблемы мог бы стать негорючий электролит на водной основе. Но такие электролиты не в состоянии создать достаточно высокое напряжение, оставаясь при этом безопасными и недорогими.

Прежде исследователи предлагали использовать концентрированные водные растворы некоторых солей, которые стабилизируют молекулу воды, тем самым увеличивая рабочее напряжение аккумулятора и плотность энергии. К сожалению, все эти соли ядовиты и стоят дорого. Поэтому ныне существующие водные электролиты либо снижают напряжение батареи, либо увеличивают ее стоимость и токсичность.

Руководитель проекта профессор Йи-Чун Лу и ее коллеги нашли решение в природе. Они решили использовать так называемое молекулярное объединение, часто происходящее в живых клетках. Это процесс, «при котором свойства молекул раствора существенно меняются, если крупные или средние гидрофильные молекулы достигают определенного уровня концентрации». Из-за «перенаселенности» изменяется структура водородной связи воды, она становится прочнее, и стабильность раствора увеличивается.

Чтобы получить молекулярное объединения в электролите китайские ученые применили водорастворимый полимер полиэтиленгликоль (ПЭГ), который повсеместно используется как основа косметических кремов, он также присутствует в зубных пастах, даже в некоторых продуктах и напитках.

В качестве катодного материала выступила литий-марганцевая шпинель (LiMn2O4), анод изготовили из пентатитаната лития (Li4Ti5O12). В результате окно рабочих напряжений водного электролита было успешно расширено до 3.2В. Экспериментальная батарея продемонстрировала стабильную работу и относительно высокую плотность хранения энергии — от 75 до 100 Втч/кг (это нижняя граница для обычных неводных ЛИА). Профессор Йи-Чун подчеркивает, что это только начало.

В настоящее время команда из CUHK уже подала заявку на патент и активно ищет партнеров-производителей.