Хіміки з Університету Ватерлоо успішно вирішили дві основні проблеми на шляху створення літій-кисневої батареї. В процесі вони розробили акумулятор з кулоновской ефективністю майже 100%.
Дослідження підтверджує високу оборотність четирехелектронної конверсії в електрохімії літій-кисневих пристроїв, повідомляє sciencedaily.com. Висновки проекту представлені в Science. Команді вперше вдалося домогтися четирьохелектроної конверсії, що подвоює місткість літій-кисневих (повітряних) батарей.
«Існують термодинамічні обмеження, – пояснила професор Лінда Назар, старший автор роботи. – Тим не менш, наш проект присвячений фундаментальним проблемам, які люди вже давно намагаються вирішити ».
Основною складністю була реакція проміжного і пероксидного продукту (LiO2 і Li2O2) з пористим вуглецевим катодом. Перше з’єднання, супероксид, також в процесі поглинає органічний електроліт, що сильно обмежує термін служби батареї.
Назар з колегами вирішили замінити останнім з’єднання більш стабільною неорганічної розплавленою сіллю. Замість вуглецевого анода використовували біфункціональний каталізатор з металевого оксиду. Запустивши батарею при 150 ° С, вчені спостерігали формування більш стабільного Li2O замість Li2O2. В результаті вийшов високообратімий літій-повітряний акумулятор з кулоновской ефективністю майже 100%.
Заміна пероксиду на оксид забезпечила не тільки збереження високих зарядних характеристик, але і четирехелектронний перенесення, що збільшує теоретичну енергоємність на 50%.
«Новий електрод, електроліт і підняття температури призвели до хорошої роботи системи», – підсумувала професор Назар.
Помістити більше енергії в батареї – це ключ до створення електромобілів з більш довгим пробігом, смартфонів з «вічним» зарядом і дешевої електронікою кругом і всюди.
Літій-кисневі батареї являють собою один із найперспективніших шляхів розвитку в цьому напрямку.
Вони можуть збільшити щільність енергії на кілька порядків в порівнянні з традиційними літій-іонними батареями – по крайней мере, в теорії.
У роботі, опублікованій вчора в журналі Science, вчені з Університету Ватерлоо з’ясували, як вирішити найбільші перешкоди на шляху до становлення цих батарей в ролі комерційної реальності.
У чому була заковика? Найголовніше: коли літій-кисневі батареї розряджалися, кисень перетворювався в супероксид і потім в пероксид літію, реактивні компоненти, які роз’їдали батарею з часом.
Це, в свою чергу, обмежувало її здатності до перезарядження – і можливе корисне застосування.
Коли у нас будуть батареї краще?
Що змінилося? Для вирішення це проблеми, вчені перейшли від вуглецевого катода до катода з оксиду нікелю за підтримки сітки з нержавіючої сталі.
Також в якості електроліту використовувалася плавлена сіль – електроліт дозволяє позитивно заряджених іонів переміщатися між електродами – і підняли робочу температуру батареї до 150 градусів Цельсія.
Це дозволило збільшити число циклів зарядки майже в три рази в порівнянні з обичниемі літій-кисневими варіантами.
Також вченим вдалося збільшити вміст енергії на одиницю маси більш ніж на 50%.
«ЦЕ ВІДКРИТТЯ ПІДКРЕСЛЮЄ ВЕЛИЧЕЗНІ МОЖЛИВОСТІ – СТВОРИТИ НОВІ ТЕХНОЛОГІЇ БАТАРЕЙ, ЯКІ ПОТЕНЦІЙНО ЗМОЖУТЬ КИНУТИ ВИКЛИК ЛІТІЙ-ІОННИМ БАТАРЕЯМ І ІНШИМ МЕТОДАМ ЗБЕРІГАННЯ», ПИШУТЬ ВЧЕНІ.
Взято з hi-news.ru
