Среди многообещающих архитектур экспериментальных батарей, над которыми размышляют ученые, есть варианты с анодом из чистого металлического лития, а не смеси материалов, как в современных литий-ионных устройствах. Инженеры из США совершили прорыв в создании таких аккумуляторов, способных работать при крайне низких температурах благодаря слабым связям в электролите. При минус 40 прототип их батареи сохранял 84% своей емкости, а при минус 60 — 76%.

Причина повышенного интереса ученых к литий-металлическим батареям — в превосходной плотности энергии анода из металлического лития по сравнению со смесью графита и меди. Разница между ними настолько велика, что литий называют «материалом мечты», способным совершить прорыв к аккумуляторам будущего.

Специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего попытались разработать литий-металлическую батарею, которую можно заряжать и разряжать при крайне низких температурах, таких, которые обычно требуют дополнительных систем обогрева. Для этого они решили изучить альтернативные типы электролита, раствора, переносящего ионы лития между анодом и катодом, пишет New Atlas.

Целью исследователей была разработка электролита, который не замерзает и может обеспечивать движение ионов в холода. Они экспериментировали с двумя типами электролита, одним, который образует сильные связи с ионами, и другим, связи которого намного слабее. И обнаружили, что простота, с которой электролит освобождается от ионов, определяет то, насколько эффективно батарея функционирует при низкой температуре. Опытный образец с электролитом с сильными связями прекратил работать после двух циклов при температуре –60 °C. А вот элемент со слабыми связями продолжал работать и после 50 циклов, сохранив 76% своей емкости. При температуре –40 °C емкость составляла 84%.

Дальнейшие исследования этих экспериментальных батарей показали, что ионы распределяются намного равномернее по аноду, если у электролита более слабые связи. В противном случае возникают дендриты, вызывающие короткое замыкание и возгорание литиевых аккумуляторов.

На основе этих открытий ученые построили прототип литий-металлической батареи с катодом на основе серы. Такое устройство может оказаться полезным в экстремальных условиях крайнего севера или при исследовании морских глубин.