Китайская команда представила гидрофторуглеродный электролит для литиевой батареи емкостью 700 Вт·ч/кг

Аккумулятор FIAMM 12FGH36

В статье в журнале Nature показано, что литий-металлические элементы питания имеют энергоемкость более 700 Вт·ч/кг и могут работать при температуре до -70 °C.

Исследовательская группа под руководством Нанкайского университета и Шанхайского института космических источников энергии представила новый гидрофторуглеродный (ГФУ) электролит, который позволил создать литий-металлические аккумуляторы с плотностью энергии более 700 Вт·ч/кг, способные работать при температуре до -70 °C. Работа была опубликована в журнале Nature 25 февраля в статье под названием «Гидрофторуглеродные электролиты для высокоэнергетических и низкотемпературных аккумуляторов».

По данным Нанкайского университета, исследование было проведено группами под руководством Цзюнь Чэня и Цин Чжао из Нанкайского университета и Юн Ли из Шанхайского института космических источников энергии, входящего в Восьмую академию Китайской корпорации аэрокосмической науки и техники. Нанкайский университет сообщил, что первым автором статьи стала аспирантка Ланьцин У, а Чжао, Чэнь и Ли выступили в качестве авторов-корреспондентов.

Главное достижение — в химии электролитов. Согласно статье, исследователи отошли от кислородной координации, которая лежит в основе традиционных электролитов для литиевых батарей на основе карбонатов, и разработали систему с координацией по фтору на основе монофторированных алкановых растворителей. Используя 1,3-дифторпропан (ДФП) в качестве основного растворителя, они добились растворения солей лития в концентрации выше 2 моль/л, опровергнув давнее утверждение о том, что фторированные углеводороды не могут эффективно растворять соли лития в высоких концентрациях.

Заявленные показатели эффективности впечатляют. В статье Nature говорится, что электролит на основе DFP обладает низкой вязкостью — 0,95 сП, стабильностью к окислению при напряжении выше 4,9 В и ионной проводимостью 0,29 мСм/см при температуре -70 °C. На основе этого электролита команда продемонстрировала литий-металлические элементы с максимальной плотностью энергии при комнатной температуре 707 Вт·ч/кг, что более чем в два раза превышает показатели современных коммерческих литий-ионных аккумуляторов. В Nankai также сообщили, что при температуре -50 °C плотность энергии элемента составляет около 400 Вт·ч/кг, а при -70 °C он продолжает работать.

В работе также указывается на возможный путь решения двух основных проблем, связанных с аккумуляторами: удельной энергоемкости и эффективности при низких температурах. В статье исследователи утверждают, что более слабая координация лития и фтора может снизить барьеры для растворения и обеспечить более быструю передачу заряда при низких температурах, а смачивающая способность растворителя может сократить расход электролита. Согласно результатам исследования, кулоновский КПД при осаждении и удалении лития составляет 99,7 % при комнатной температуре и 98 % при -70 °C.

По словам представителей Nankai, эта технология может найти применение в электромобилях, аэрокосмической отрасли, освоении дальнего космоса, робототехнике, низковысотных летательных аппаратах, а также в устройствах, работающих в полярных и других сверххолодных условиях. Такой широкий спектр возможных применений обусловлен сочетанием высокой удельной энергоемкости и возможности работы в широком диапазоне температур, чего пока сложно добиться в современных аккумуляторных системах.

Статья опубликована в журнале Nature в томе 651, на страницах 383–389, с DOI 10.1038/s41586-026-10210-6. Помимо впечатляющих характеристик элемента питания, его важность заключается в том, что он открывает новое направление в разработке электролитов для литий-металлических аккумуляторов следующего поколения, особенно в тех случаях, когда критически важны малый вес и возможность работы при низких температурах.