Российские исследователи МФТИ добились существенного роста энергоемкости современных литий-фторуглеродных батарей – энергоисточников, признанных самыми эффективными среди одноразовых химических элементов питания. Уникальные свойства новых батарей открывают возможности для долгосрочной и надежной работы в самых разных устройствах – от сложной медицинской техники до космических аппаратов и научного оборудования, функционирующего в самых суровых условиях.
Почему литий-фторуглеродные батареи считаются лучшими
Современные портативные механизмы и беспроводные датчики становятся все более миниатюрными и требовательными к качеству питания. Литий-фторуглеродные (Li-CFx) элементы выделяются среди остальных типов батарей благодаря рекордно высокой удельной энергии и по-настоящему длительному сроку службы. В сравнении с популярными литий-тионилхлоридными источниками, современные Li-CFx батареи аккумулируют в разы больше энергии при аналогичных габаритах, а по энергоотдаче опережают даже переразряжаемые литий-ионные аккумуляторы.
Но и это ещё не предел их преимуществ: структура катода и особенности химических реакций обеспечивают крайне низкую деградацию материалов со временем. Поэтому, даже спустя десятилетие хранения, батарея остается практически полностью заряженной и готовой к эксплуатации.
Уникальный электролит для максимальной стабильности
Однако, несмотря на внушительные характеристики, у таких батарей существует определенный барьер для дальнейшего роста производительности. Во время работы на катоде постепенно оседают побочные продукты реакции, образующие плотную прослойку. Если она слишком массивна, движение литиевых ионов затрудняется, и батарея начинает разряжаться быстрее возможного.
Для решения этой задачи коллектив МФТИ разработал инновационный тип электролита, в состав которого добавлен специфический сульфоксид. Данная добавка вступает в реакцию на поверхности катода, формируя ультратонкий защитный слой. Этот слой блокирует процессы деградации катодного материала, но остаётся проницаемым для ионов лития – что позволяет элементу работать максимально эффективно на протяжении всего срока.
Новые технологии — новые возможности
В лабораторных условиях усовершенствованная батарея с новым электролитом продемонстрировала впечатляющий результат: её удельная емкость составила 875 мА·ч/г. Это на 3,4% больше, чем показатели с традиционным электролитом, и является серьезным шагом вперёд в борьбе за максимальную энергоотдачу и долговечность портативных элементов питания.
Такие прорывные значения означают, что ученым удалось существенно приблизиться к теоретическим пределам эффективности этих батарей. Контроль над процессами на границе электрод-электролит позволяет точечно управлять внутренней химией элементов и на протяжении всего цикла сохранять их рабочие свойства на высшем уровне.
Потенциал для глобальных задач
Повышение энергоемкости и стабильности литий-фторуглеродных батарей на базе разработок МФТИ особенно актуально для ответственных сфер. Элемент нового поколения является идеальным решением для автономных медицинских имплантатов — таких как кардиостимуляторы и нейростимуляторы, где невозможен регулярный сервис. Их применяют также в миниатюрных спутниках, беспилотных летательных аппаратах, интеллектуальных сенсорах для контроля инфраструктуры, системах отслеживания в Арктике, и даже в робототехнике.
Также важным преимуществом является всепогодность: батарея с инновационным электролитом продолжает исправно работать при экстремальных температурах — от -60°C до +60°C, что открывает новые горизонты для экспедиций, исследовательских миссий и оборудования, установленного в труднодоступных регионах.
Дальнейшее развитие технологии
В настоящее время команда МФТИ уже создала и протестировала первые опытные образцы батарей, показавшие превосходные рабочие качества. Следующий этап исследований ориентирован на адаптацию состава электролита под различные температурные профили эксплуатации — от суровой арктической зимы до тропической жары. Не менее важна задача интеграции разработанных элементов в реальные промышленные и научные проекты, включая системы энергопитания для БПЛА и телеметрии, навигационные блоки и системы безопасности, функционирующие в полностью автономном режиме годами без обслуживания.
Новые литий-фторуглеродные батареи позволят расширить возможности миниатюрных устройств, увеличат их надежность и энергетическую независимость, а также будут востребованы в критически важных направлениях — в медицине, оборонной и космической отраслях, а также в сфере IoT и промышленных автоматизированных систем.
Будущее — за энергоэффективными и надёжными батареями
Создание электролита нового поколения — залог дальнейшего роста эффективности и расширения сферы применения литий-фторуглеродных батарей. Уникальная комбинация маленького веса, высокой энергетической плотности, стабильной работы в сложнейших условиях и рекордного срока службы превращает эти элементы в универсальное решение для задач будущего. С каждым новым достижением МФТИ и его партнеры делают шаг навстречу миру, где энергонезависимость, безопасность и технологическая автономность становятся реальностью для миллионов устройств и систем.
Благодаря энтузиазму научного коллектива МФТИ теперь долгосрочные автономные источники питания становятся доступнее, надежнее и эффективнее — а значит, и наш технологический прогресс пойдет быстрее и смелее!
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ.
Источник фото: ru.123rf.com
