Ученые МФТИ и ОИВТ РАН нашли замену традиционным эфирам в литиевых аккумуляторах — третичные амины. Эти производные аммиака устойчивы к контакту с металлическим литием, менее горючи и дополнительно защищают катод от примесей.
Металлический литий обладает высокой теоретической энергоемкостью, однако его использование затруднено из-за химической активности. При взаимодействии с рядом веществ он может вступать в реакции, ведущие к образованию побочных продуктов, нестабильных пленок и игольчатых структур (дендритов), что повышает риск короткого замыкания и возгорания. В связи с этим одной из задач аккумуляторной химии является подбор молекул электролита, устойчивых к восстановлению на литиевом аноде.
Традиционно для этих целей чаще всего рассматриваются эфирные соединения, однако они имеют ограничения: некоторые из них летучи, горючи и не всегда совместимы с высоковольтными катодами. Авторы работы решили расширить круг поиска, применив квантово-химический скрининг для оценки стабильности широкого спектра органических жидкостей.
В результате расчетов было установлено, что помимо эфиров, которые ожидаемо составили крупнейшую группу, второй по численности класс (около 28% от общего числа отобранных соединений) сформировали производные аммиака — третичные амины. Эти молекулы продемонстрировали высокую устойчивость к восстановлению на литиевом электроде. Кроме того, они известны своей способностью связывать примеси (воду и кислоты) и участвовать в формировании защитных слоев на катоде, что может быть полезно для стабилизации работы аккумуляторов нового поколения.
Теоретические выводы были проверены в ходе контактных экспериментов с использованием лития и натрия. Методом лазерной рефлектометрии ученые зафиксировали, что поверхность металлов в среде третичных аминов сохраняет зеркальный блеск, тогда как в контрольном образце с другим растворителем она быстро теряла яркость из-за химической реакции. По мнению авторов, полученные данные указывают на то, что третичные амины могут рассматриваться как перспективный компонент для электролитов в литий- и натрий-металлических аккумуляторах, хотя ранее они почти не изучались в этом качестве.