Один из путей увеличения автономного пробега электромобилей заключается в повышении напряжения батареи с сегодняшних 4 до 5 вольт. Но росту напряжения обычно сопутствует быстрое ухудшение емкости батареи: после 100 циклов зарядки разрядки она снижается более, чем наполовину.

В новой работе ученые из университетов Токио и Киото, JST PRESTO и Национального института материаловедения нашли как решить эту проблему и разработали 5-вольтовую литий-ионную батарею, которая спустя 100 циклов удерживает свыше 90% исходной емкости благодаря использованию сверхконцентрированного литиевого электролита.

Причина потери емкости в большинстве разработанных до сих пор высоковольтных литий-ионных батарей кроется в компромиссе, связанном со стабильностью электролитической соли. Высокостабильный электролит подавляет растворение электрода из переходного металла, но ускоряет растворение алюминиевого коллектора тока. Нестабильная соль (например, широко используемая LiPF₆) дает полностью противоположный эффект. В каждом случае растворение ведет к потере емкости.

В исследовании, представленном на страницах Nature Communications, Понские авторы смешали стабильную соль лития (LiN[SO₂F]₂) с растворителем в очень высокой концентрации, 1:1,1. Хотя немного более разбавленный ионный раствор (1:2) страдает от нежелательного растворения алюминия, суперконцентрированная формула, благодаря её необычной жидкой 3D-структуре лишена этого недостатка. Отрицательно заряженные ионы раствора соединяются не с ионами алюминия на коллекторе, а с положительными ионами лития в электролите. Даже если какие-то из анионов остались свободны, им все равно трудно добраться до ионов алюминия через плотную структуру электролита.

Ещё одно преимущество нового электролита это повышенная термостабильность: уменьшенное содержание летучих и огнеопасных органических растворителей снижает риск возгорания.

К недостаткам предложенного решения авторы относят относительную дороговизну соли LiN(SO₂F)₂. Снизить цену позволит налаживание крупномасштабного производства, а кроме того стоимость даже дорогого электролита не превосходит 7% общей стоимости батареи.