Ученые из Сколтеха смогли объяснить, почему этиленкарбонат взаимодействует с графитовыми анодами литий-ионных аккумуляторов иначе, чем родственный ему пропиленкарбонат. Ответ на этот вопрос ускорит инновации в области хранения энергии. Результаты опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.
Одной из проблем раннего этапа коммерциализации литий-ионных батарей была коррозия графитового анода: электролиты на основе пропиленкарбоната хорошо взаимодействовали с металлическим литием, но оказались чрезвычайно агрессивными по отношению к графиту. Это препятствовало использованию графитовых электродов до тех пор, пока в качестве альтернативного растворителя в составе электролита не был предложен этиленкарбонат. Несмотря на сходство молекул этилени пропиленкарбоната, они ведут себя по-разному в отношении графитовых анодов. Однако вплоть до последнего времени в науке не было единого понимания, в чем заключается природа этих различий.
Ученые из Сколтеха предположили, что всё дело заключается в образовании тонкого слоя вязкой жидкости, которое происходит при наличии этиленкарбоната на поверхности графита. Этот слой защищает графит от коррозионного расслаивания. Последующие эксперименты подтвердили, что такой слой действительно образуется в электролитах на основе этиленкарбоната и отсутствует при использовании пропиленкарбоната.
Упомянутый слой вязкой жидкости появляется до формирования важного элемента литий-ионного аккумулятора — так называемого твердоэлектролитного слоя — и, следовательно, должен влиять на процесс его образования. Твердоэлектролитный слой представляет собой тонкую пленку твердого электролита, образующуюся на поверхности анода при первичном заряде и разряде аккумулятора. Эта пленка предотвращает как деградацию графитового анода, так и восстановление электролита (процесс, ухудшающий характеристики устройства).
Открытие ученых Сколтеха применимо не только к литий-ионным, но и к натрий-ионным аккумуляторам, для которых также характерна проблема образования твердоэлектролитного слоя. Поэтому результаты исследования будут иметь важное значение для создания более стабильных и эффективных аккумуляторов.
