Литий-ионная технология по-прежнему доминирует в приложениях для хранения энергии, но она имеет существенные недостатки, среди которых цена, экологические проблемы и воспламеняемость электролита. Поэтому в технологиях следующего поколения ученые заменяют ион лития более распространенными и гораздо более дешевыми ионами, такими как ион калия. Однако калиевые и калий-ионные аккумуляторы также сталкиваются с проблемами безопасности, и негорючие электролиты для них пока недоступны.
Специалист по материалам Зайпин Го и ее команда из Университета Вуллонгонга, Австралия, нашли решение. Исследователи разработали электролит на основе огнестойкого материала и адаптировали его для использования в калиевых батареях. Помимо обеспечения негорючести, он может работать от батарей при концентрациях, подходящих для крупномасштабных применений, пишут ученые.
Этот новый электролит содержал триэтилфосфат в качестве единственного компонента растворителя.
Это вещество известно как антипирен. Он был протестирован в литий-ионных батареях, но только очень высокие концентрации обеспечивали достаточную стабильность для длительной работы, слишком высокие для промышленного применения. Аккумуляторная промышленность требует разбавленных электролитов, которые дешевле и обеспечивают лучшую производительность.
Однако, используя ионы калия, можно было бы снизить концентрацию, сообщают авторы. Они объединили фосфатный растворитель с общедоступной калиевой солью и получили электролит, который не горит и обеспечивает стабильную циклическую смену концентраций собранной батареи, равной 0.От 9 до 2 моль на литр, которые подходят для больших масштабов; например, в приложениях smart-grid.
По словам авторов, ключом к этой производительности было формирование однородного и стабильного межфазного слоя твердого электролита.
Наблюдали этот слой, обеспечивающий работоспособность электродов, только с фосфатным электролитом. Обычные электролиты на карбонатной основе не смогли создать этот слой. Авторы также сообщили о высокой стабильности при езде на велосипеде; тогда как в тех же условиях обычный электролит на карбонатной основе разлагается.
Гуо и ее команда продемонстрировали, что калий-ионные аккумуляторы нового поколения можно сделать безопасными, используя новый неорганический электролит на основе фосфата.
Они предполагают, что электролиты на основе антипиренов могут быть усовершенствованы и могут быть использованы для проектирования других негорючих аккумуляторных систем.