Исследователи Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева предложили новый универсальный и экологичный электролит для аккумуляторов и суперконденсаторов, который работает в рекордно-широком диапазоне температур — от −70 до 60 °C. Предложенный учеными состав продемонстрировал высокую ресурсную стабильность — после 10 000 циклов заряда-разряда падение емкости составило всего 10%. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Power Sources.
Электролиты — это вещества, расплавы или растворы, которые проводят электрический ток. Их используют не только в аккумуляторах, но и в суперконденсаторах, которые, в отличии от аккумуляторов, являются источником кратковременных мощных импульсов энергии. При этом важно, чтобы суперконденсатор мог работать в самых различных климатических условиях: от холодных арктических до жарких тропических. Суперконденсаторы используются там, где нужна большая мощность на непродолжительный срок, например в транспортных системах.
Однако большинство электролитов, используемых в суперконденсаторах, имеют ограниченный температурный диапазон работы: одни эффективны при низких температурах около −60 °C и даже ниже, но плохо работают при комнатной температуре, другие, наоборот, работают только при температуре выше +50 °C. Наиболее универсальный и широко используемый на сегодняшний день электролит работает только при температурах −45 до +60°C, что делает его ограниченно пригодным для использования, например, в условиях Арктики зимой. Основных препятствий для расширения диапазона рабочих температур всего две: с одной стороны, высокие температуры ускоряют процесс деградации электролита, с другой — низкие снижают подвижность ионов, что ограничивает мощность суперконденсатора.
Ученые Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева предложили универсальный электролит с добавлением виниленкарбоната, который обеспечивает эффективную работу конденсатора в широком диапазоне температур — от −70 до +60 °C, то есть одновременно со снижением нижней границы рабочей температуры электролита удалось сохранить его устойчивость и при высокой температуре. Более того, предложенный исследователями электролит может быть легко получен модификацией коммерческих электролитов, что значительно снизит стоимость его производства.
«Следует отметить, что при разработке низкотемпературных электролитов необходимо учитывать ряд малоисследованных явлений и процессов, которые имеют важное как фундаментальное, так и прикладное значение. В первую очередь, это особенности состояния растворов солей при низких температурах, образование ионных пар в них, сольватация и десольватации ионов в процессе зарядки-разрядки суперконденсатора в порах электродного материала», — отметил соавтор работы, доцент кафедры «Энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий» филиала НИТУ МИСИС в г. Душанбе Фаррух Табаров.
Исследователи протестировали электролиты на больших гальванических элементах, и предложенный состав продемонстрировал высокую ресурсную стабильность — после 10 000 циклов заряда-разряда падение емкости составило всего 10%.
В будущем, ученые планируют исследовать работоспособность электролитов с различными электродными материалами суперконденсаторов при различных частотных механических воздействиях (вибрациях).
Исследователи уже получили патент на свою разработку — RU 2782246.
