Новости

Ими оказались производные аммиака – третичные амины. Выяснилось, что они совместимы с металлическим литием – перспективным, но химически агрессивным материалом для аккумуляторных электродов. 

 

Современный электротранспорт, портативная электроника и системы хранения энергии требуют создания аккумуляторов нового поколения – более ёмких, мощных и пожаробезопасных. Металлический литий – один из самых перспективных материалов для электродов современных аккумуляторов нового класса. Его теоретическая ёмкость сильно превышает ёмкость графита из текущих литий-ионных батарей. Однако есть проблема: литий химически агрессивен. Он разрушает часть компонентов электролита, что в итоге может привести к замыканию батареи и даже её возгоранию.

 

Первый автор работы, ассистент кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ Максим Орехов.

 

Одна из ключевых задач современной аккумуляторной химии – найти такие молекулы электролита, которые смогут выдерживать контакт с металлическим литием. У него есть серьезная проблема: он очень реакционноспособен. Многие компоненты электролита при контакте с ним разрушаются, образуют побочные продукты, нестабильные плёнки и провоцируют рост дендритов – игольчатых структур лития»

рассказал первый автор работы, ассистент кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ Максим Орехов.

 

До недавнего времени главными кандидатами для работы в паре с литиевым электродом считались эфиры. Они совместимы с металлическим литием и используются в исследованиях литий-металлических аккумуляторов. Но и у эфиров есть ограничения: они могут быть летучими, горючими и не всегда совместимы с высоковольтными катодами.

 

Российские учёные решили не ограничиваться привычными веществами и расширили круг поиска. Они применили мощный квантово-химический скрининг для оценки устойчивости широкого круга органических жидкостей. Как и ожидалось, эфиры составили самую многочисленную группу среди потенциальных жидкостей для электролита. Неожиданно второй по величине класс (28% от общего числа отобранных молекул) сформировали третичные амины.

 

По словам исследователей, преимущество третичных аминов в их двойной функции. Молекулы не только устойчивы к восстановлению на литиевом аноде, но и известны как функциональные добавки: они связывают вредные примеси (воду, кислоты) и участвуют в формировании защитного слоя на катоде. Такие соединения могут использоваться в литий- и натрий-металлических аккумуляторах нового поколения для стабилизации электролита, связывания примесей и улучшения защитных слоёв на электродах. 

 

Наши расчёты оценивали, какие молекулы должны легко разрушаться у литиевого электрода (анода), а какие, наоборот, должны оставаться устойчивыми. По сути, теория работала как фильтр для поиска перспективных веществ среди большого числа органических жидкостей. Третичные амины раньше почти не рассматривали как компоненты растворов аккумуляторных электролитов, совместимых с металлическим литием, но они показали высокую устойчивость как в теории, так и на практике»

пояснил Максим Орехов.

 

Выводы расчётов подтвердились экспериментами. Учёные провели контактные тесты с использованием лития и натрия. С помощью лазерной рефлектометрии они показали, что поверхность металлов, помещённых в среду третичных аминов, сохраняет зеркальный блеск, тогда как в контрольном образце с диметилформамидом быстро тускнеет из-за химической реакции. 

 

Работа исследователей доказала, что третичные амины могут стать важным элементом новых, более безопасных и функциональных электролитов в аккумуляторах следующего поколения.

Источник: МФТИ

Читайте также:

Тэги: инновации технологии