В недавнем исследовании, проведенном командой ученых из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Уральского федерального университета, Института физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и Чженчжоуского исследовательского института Харбинского политехнического университета, была представлена новая концепция электролита для литий-металлических батарей. Работа «Born liquid to live solid: in situ polymerized electrolyte enables stable operation of organic-Li metal batteries» была опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry A и раскрывает новый подход к созданию in situ полимеризующихся двухкомпонентных гель-электролитов.

Разработан новый тип электролита, получаемого путем смешивания коммерческих растворов 1 M LiTFSI в DOL/DME и 1 M LiPF₆ в EC/DMC. Его ключевая особенность — контролируемая полимеризация DOL под действием LiPF₆ с образованием геля непосредственно в изготовленной ячейке. Этот процесс решает такие проблемы современных твердотельных и квазитвердотельных аккумуляторов, как недостаточная адгезия электролита к электродам и неполное пропитывание сепаратора.

Применение нового электролита в аккумуляторах с органическим катодом политиопиранохиноном продемонстрировало впечатляющие результаты: удельная емкость увеличилась с 90 мАч/г (в аккумуляторах с жидкими электролитами) до 342 мАч/г (в аккумуляторах с гель-электролитом) при сохранении 98,4% исходной емкости после 180 циклов. Стоит упомянуть, что ёмкость стандартных неорганических катодов на основе LiFePO₄ обычно не превышает 150 мАч/г. Такой впечатляющий результат для органического материала был достигнут благодаря формированию стабильного приповерхностного слоя на литиевом аноде и подавлению растворения органического катода.

Данная разработка открывает новые горизонты в создании высокоэффективных систем хранения энергии, сочетая преимущества жидких и твердых электролитов. Предложенный подход не только помогает решать актуальные технологические вызовы, но и задает вектор для будущих исследований в этой стратегически важной области.

Гузалия Баймуратова. Елена Щурик, Александр Мумятов, Ольга Краевая, – Лаборатория перспективных электродных материалов для химических источников тока, Александр Шестаков – Лаборатория комплексных катализаторов, Ольга Ярмоленко – Лаборатория электрохимической динамики и электролитных систем, Никита Емельянов, Павел Трошин – Лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины в коллаборации с коллегами из других исследовательских центров:

• Физико-технический институт Уральского федерального университета, Екатеринбург
• Институт физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
• Кафедра фундаментальной физики и химической технологии, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1/51, Москва, Российская Федерация
• Научно-исследовательский институт высоких технологий, Чжэнчжоу, Китай

Baymuratova G. R., Shchurik E. V., Emelianov N. A., Mumyatov A. V., Zhidkov I. S., Shestakov A. F., Yarmolenko O. V., Kraevaya O. A., Troshin P. A. // Born liquid to live solid: in situ polymerized electrolyte enables stable operation of organic – Li metal batteries. // Journal of Materials Chemistry A, v.13, N.5, p.3711-3719, 2025 Q-1, F = 10,7

https://doi.org/10.1039/D4TA06771A

Пресс-служба РАН выделила научную ценность исследования, разместив его описание на официальном сайте академии и в Telegram-канале.