E&ES: Новый электролит предотвращает возгорание и тепловой выброс в аккумуляторах

Йонг-Джин Ким и Джайеон Бэк из Корейского института промышленных технологий разработали невоспламеняющийся электролит, который не загорается при комнатной температуре благодаря изменению молекулярной структуры линейного органического карбоната.

По мере расширения использования средних и крупных литий-ионных батарей в электромобилях и системах накопления энергии (ESS) растет обеспокоенность по поводу пожаров и взрывов. Пожары в аккумуляторах возникают при коротком замыкании в результате внешних воздействий, небрежного обращения или старения, а явление теплового разгона, сопровождающееся последовательными экзотермическими реакциями, затрудняет тушение пожара и создает высокий риск травмирования людей. В частности, линейный органический карбонат, используемый в коммерческих электролитах для литий-ионных аккумуляторов, имеет низкую температуру вспышки и легко загорается даже при комнатной температуре, что часто и является непосредственной причиной возгорания.

До сих пор для снижения горючести электролита широко применялось интенсивное фторирование в молекулах растворителя или высококонцентрированных солей. В результате транспорт литий-иона в электролите снижался или он оказывался несовместимым с коммерческими электродами, что ограничивало их коммерциализацию.

Применяя одновременное удлинение алкильной цепи и алкокси-замещение в молекуле диэтилкарбоната (DEC) — типичного линейного органического карбоната, используемого в коммерческих электролитах для литий-ионных батарей, исследователи разработали новый электролит — бис (2-метоксиэтил) карбонат (BMEC), обладающий повышенной температурой вспышки и ионной проводимостью за счет увеличения межмолекулярных взаимодействий и способности к сольватации.

Температура вспышки раствора BMEC составляет 121°C, что на 90°C выше, чем у обычного раствора ДЭК, и поэтому он не воспламеняется в температурном диапазоне работы обычных аккумуляторов. BMEC способен диссоциировать соль лития сильнее, чем его простой алкилированный аналог — дибутилкарбонат (DBC), что позволяет решить проблему замедленного транспорта ионов лития при снижении горючести за счет увеличения межмолекулярного взаимодействия. В результате он сохраняет более 92% от первоначальной скоростной способности традиционного электролита при значительном снижении пожароопасности.

Кроме того, новый электролит снизил выделение горючих газов на 37% и тепловыделение на 62% по сравнению с обычным электролитом. Исследовательская группа продемонстрировала стабильную работу литий-ионных аккумуляторов емкостью 1 Ач в течение 500 циклов, сочетая новый электролит с высоконикелевым катодом и графитовым анодом. Кроме того, они провели испытание на пробивание гвоздем 70% заряженного литий-ионного аккумулятора емкостью 4 Ач и подтвердили подавление теплового разряда.

Доктор Мина Ли (Minah Lee) из KIST заявляет:

Результаты этого исследования открывают новое направление для разработки невоспламеняющихся электролитов, при создании которых неизбежно приносились в жертву электрохимические свойства или экономическая целесообразность.

Разработанный негорючий электролит обладает конкурентоспособностью по стоимости и отличной совместимостью с электродными материалами с высокой энергетической плотностью, поэтому ожидается, что он будет применяться в традиционной инфраструктуре производства батарей. В конечном итоге это ускорит появление высокоэффективных батарей с отличной термостабильностью.

Д-р Jayeon Baek из KITECH заключает:

Разработанный в данном исследовании раствор BMEC может быть синтезирован методом переэтерификации с использованием недорогих катализаторов и легко масштабируется. В будущем мы разработаем метод синтеза с использованием газа C1 (CO или CO2), чтобы еще больше повысить его экологичность.

Результаты опубликованы в издании Energy & Environmental Science.

01.08.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии

Использование электрохимии для разделения...

В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения
В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения

Исследование ученых ТПУ позволит улучшить...

Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках
Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках

Поскольку литий-ионные батареи используются бу...

Перовскит обрел свое место под солнцем
Перовскит обрел свое место под солнцем

Перовскитные солнечные элементы привлекают бол...

В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов
В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов

Новая технология под названием Подземное ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как быстро отличить настоящее виски от подделки
Как быстро отличить настоящее виски от подделки

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса