Исследователи из Московского физико-технического института разработали новый состав электролита, который увеличивает энергоёмкость литий-фторуглеродных батарей. Эти неперезаряжаемые химические источники тока обладают рекордной удельной энергией, высокой стабильностью и способностью работать в экстремальных условиях, что делает их незаменимыми для кардиостимуляторов, нейростимуляторов, космических аппаратов, спутников, беспилотников и автономных датчиков в удалённых регионах.

Ключевой проблемой литий-фторуглеродных элементов является образование на катоде плотного слоя побочных продуктов в процессе разряда. Этот слой затрудняет движение ионов лития, что приводит к преждевременному окончанию разряда и снижению эффективности использования активных материалов. Для решения этой проблемы учёные добавили в стандартный электролит сульфоксидное соединение.

Молекулы добавки вступают в реакцию на поверхности катода, формируя тонкий защитный слой. Этот слой предотвращает деградацию катодного материала, но при этом остаётся проницаемым для ионов лития. По аналогии, разработчики сравнивают действие добавки с защитной плёнкой на стекле смартфона, которая сохраняет его функциональность, предотвращая повреждения.

Лабораторные испытания подтвердили эффективность решения. Батарея с модифицированным электролитом продемонстрировала удельную ёмкость 875 миллиампер-часов на грамм, что на 3,4 процента выше показателя элемента со стандартным электролитом (846 миллиампер-часов на грамм). Полученный результат свидетельствует о более полном использовании активных материалов и является шагом к достижению теоретического предела ёмкости для данного типа батарей.

В настоящее время учёные собрали и испытали опытные образцы элементов. Следующими этапами работы станут оптимизация состава электролита для различных температурных режимов (от -60 до +60 градусов Цельсия), дальнейшее повышение коэффициента полезного действия и апробация технологии в реальных устройствах, например, в беспилотных летательных аппаратах.

Высокая стабильность и энергоёмкость усовершенствованных литий-фторуглеродных батарей открывает перспективы для их применения в устройствах, где критически важна долговременная и надёжная работа без возможности обслуживания: в медицинских имплантах длительного действия, микроспутниках с гарантированным сроком службы на орбите, навигационных модулях специальной техники, готовых к работе после многолетнего хранения, и автономных датчиках в условиях Арктики.