Учёные из Сколтеха представили инновационное объяснение давней загадки в области исследований литий-ионных аккумуляторов, касающейся роли этиленкарбоната в электролитах. Их работа, опубликованная в журнале Journal of Materials Chemistry A, предлагает новые перспективы на различия в поведении этиленкарбоната и пропиленкарбоната по отношению к графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах.
Коррозия графитового анода была одной из первых проблем, с которой столкнулись исследователи в начале эпохи развития коммерческих литий-ионных аккумуляторов. Электролиты, содержащие пропиленкарбонат, которые были благоприятны для металлического лития, оказались агрессивными к графиту. Эта проблема блокировала использование графитовых электродов до момента, когда этиленкарбонат стал альтернативной заменой пропиленкарбонату.
Несмотря на схожесть этиленкарбоната и пропиленкарбоната с точки зрения электрохимических свойств, их взаимодействие с графитовыми анодами отличается кардинально. Это явление, известное как EC-PC несоответствие, долго было предметом исследований и обсуждений среди учёных и производителей аккумуляторов, но единого мнения до сих пор не достигнуто.
Команда Сколтеха предположила, что наличие этиленкарбоната в электролите способствует образованию тонкого слоя жидкости на графитовой поверхности, обладающего высокой вязкостью. Этот слой выступает в роли защитного барьера, предотвращая чрезмерное проникновение молекул электролита между слоями графита, в конечном итоге предотвращая их отслоение и повреждение анода.
Проведённые эксперименты подтвердили образование такого слоя в электролитах, базирующихся на этиленкарбонате, а вот в электролитах с пропиленкарбонатом этот феномен не наблюдался. Важно отметить, что этот вязкий слой формируется на ранних этапах и значительно влияет на образование твёрдой электролитной интерфазы, которая играет ключевую роль в литий-ионных аккумуляторах.
Понимание процессов, происходящих на границе раздела в литий-ионных аккумуляторах, раскрывает новые горизонты понимания взаимодействия состава электролита с процессами на интерфейсе анод-электролит. Это знание критически важно для создания более стабильных и надёжных аккумуляторов.
Предложенный в исследовании подход выходит за рамки только литий-ионных аккумуляторов, предлагая также новые инсайты для развивающихся технологий натрий- и калий-ионных аккумуляторов. Исследование углубляет понимание того, как физические характеристики составляющих электролита влияют на динамику интерфейса, ускоряя потенциальные инновации в области хранения энергии.
«Наше исследование предоставляет новое понимание роли этиленкарбоната в литий-ионных аккумуляторах, объясняя, почему он проявляет различия в поведении с графитовыми анодами. Это открытие имеет значимость для разработки более безопасных и эффективных аккумуляторов», — отметил Сергей Лучкин, ведущий научный сотрудник Сколтеха.
«Мы надеемся, что результаты нашего исследования будут полезны для создания новых технологий хранения энергии, таких как натрий- и калий-ионные аккумуляторы. Мы остаёмся привержены исследованию возможностей этих технологий и верим, что они окажут значительное влияние на будущее хранения энергии», — добавил Егор Пажетнов, ведущий инженер-технолог Сколтеха.
Источник: iXBT
