Бесперебойное питание: разработчики из Физтеха представили электролитический состав.

Российские исследователи добились прогресса в увеличении энергетической плотности литий-фторуглеродных источников питания, являющихся самыми мощными в своем классе. Данные элементы незаменимы в приборах, функционирующих без обслуживания на протяжении десятилетий в различных условиях, например, в кардиостимуляторах, беспилотных летательных аппаратах, космических аппаратах, спутниках, навигационном оборудовании и автономных датчиках, размещенных в отдаленных областях.

Что делает батарею идеальной? Компактность, малый вес, мощность, стабильность и, самое главное, высокая энергоемкость. Среди всех первичных (неперезаряжаемых) химических источников тока, литий-фторуглеродные элементы выделяются по всем параметрам. Энергетическая отдача такой батареи значительно превосходит лучшие первичные элементы других типов, к примеру, литий-тионилхлоридные, и даже превосходит по удельной энергии перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы.

Благодаря невысокой деградации материалов, эти батареи демонстрируют высокую стабильность. Если собрать такую батарею и оставить ее на десять лет, она сохранит практически весь свой заряд. Кроме того, гарантируется ее работоспособность как в условиях высоких и низких температур, так и в вакууме, при этом замена не потребуется в течение длительного времени. Это делает их незаменимыми для миниатюрных высокотехнологичных устройств.

Однако существуют и сложности. В процессе работы на катоде батареи образуется плотный слой побочных продуктов, затрудняющий движение ионов лития и ускоряющий разряд батареи. Для решения этой проблемы ученые из Института электродинамики МФТИ разработали специальный состав электролита, содержащий сульфоксидную добавку.

Молекулы добавки вступают в реакцию на поверхности катода, тем самым предотвращая деградацию катодного материала. В результате образуется тонкий защитный слой, не препятствующий движению ионов лития.

Экспериментальные данные показали, что батарея с улучшенным электролитом продемонстрировала удельную емкость 875 мА·ч/г, что превышает показатели стандартного элемента (846 мА·ч/г) более чем на 3,4%.

В настоящее время ученые создали экспериментальные образцы и доказали их эффективность в лабораторных условиях. Следующим шагом станет оптимизация составов для разных температурных режимов (от -60°C до +60°C), повышение КПД и внедрение технологии в реальные устройства, например, БПЛА.

Такие батареи станут оптимальным решением для устройств, где критически важна стабильность энергоснабжения: кардиостимуляторы и нейростимуляторы длительного действия, микроспутники, навигационные модули специализированной техники, а также автономные датчики в Арктике.