Бугристий електрод забезпечує роботу батарей при температурах нижче нуля

Відомо, що температури нижче від точки замерзання води дуже згубно впливають на основні параметри літій-іонних акумуляторних батарей. У контексті електричних автомобілів та інших транспортних засобів це означає скорочення дальності поїздки, збільшення часу зарядки, проблеми з регенеративними системами гальмування та багато іншого. Тому інженери та вчені, які займаються розробкою нових акумуляторних батарей, приділяють велику увагу не тільки питанням збільшення їхньої ємності, але й безперебійної роботи в умовах екстремальних температур.

Деякі автовиробники, зокрема компанія Ford, обладнують батареї своїх автомобілів датчиками температури та нагрівачами, які утримують температуру батареї в допустимих межах. При цьому частина енергії батарей йде на їх підігрів, що знижує дальність поїздки електричного автомобіля. Інші виробники батарей використовують спеціальні електроліти, здатні працювати за температури нижче нуля.

У цій же області працює група, до складу якої входять вчені кількох китайських наукових установ. Вони провели дослідження, результати яких показали, що одним із уразливих компонентів батареї, відповідальний за втрату ємності при зниженні температури, є анод, один із двох електродів батареї. Як правило, аноди виготовляються з графіту, що має плоску гладку поверхню. Тому китайські вчені почали експериментувати з різними альтернативними варіантами і, зрештою, вони натрапили на дуже перспективне рішення.

Вчені взяли композитний матеріал ZIF-67 (cobalt-containing zeolite imidazolate framework) і нагріли його до високої температури, у результаті чого утворилися 12-сторонні вуглецеві наносфери. Ці крихітні структури мають дуже розвинену поверхню, крім цього, вони мають чудову електропровідність. Спресувавши отриманий матеріал, дослідники виготовили анод для батареї у формі монети з літієво-металевим катодом.

Проведені експерименти показали, що створена батарея забезпечує стабільні характеристики при заряді та розряді в діапазоні температур від 25 до -20 градусів Цельсія. При температурах нижче нуля ємність батареї все ж таки падає, але незначно, до 85.9 відсотка від початкової ємності, що незрівнянно з аналогічними показниками традиційних літій-іонних батарей. І навіть при температурі -35 градусів Цельсія батарея з новим анодом виявилася здатною прийняти заряд і практично повністю віддати його в процесі розрядки. Джерело