Превзойдут обычные батареи: литий-воздушные аккумуляторы стали эффективнее и долговечнее

Группа ученых под руководством Чжун-Шуай У из Даляньского института химической физики CAS в сотрудничестве с Сянкунем Ма из Даляньского морского университета нашла способ повысить производительность и срок службы литий-воздушных аккумуляторов (Li-O 2). Об этом пишет портал Tech Xplore.

Как отмечают в издании, литий-воздушные аккумуляторы имеют потенциал превзойти обычные литий-ионные батареи, запасая значительно больше энергии при том же весе, однако на сегодня потенциал этих аккумуляторов не раскрыт полностью. Их теоретически высокая производительность пока не стала реальностью. Кроме того, срок службы таких батарей слишком короткий.

В отличие от литий-ионных аккумуляторов, в которых ионы лития "проталкиваются" вперед и назад между двумя электродами, литий-воздушные аккумуляторы используют анод из металлического лития. По мере использования батареи положительно заряженные ионы лития растворяются и перемещаются к пористому катоду, через который проходит воздух.

Кислород окисляется и связывается в пероксид лития (Li 2 O 2). При зарядке кислород высвобождается, а ионы лития восстанавливаются обратно до металлического лития, который осаждается на аноде. Однако на практике эффект, известный как перенапряжение, замедляет электрохимические реакции: образование и разложение нерастворимого Li 2 O 2 происходят медленно, а его проводимость также очень низкая.

Кроме того, поры катода имеют тенденцию засоряться, а высокий потенциал, необходимый для образования кислорода, разлагает электролит и способствует нежелательным побочным реакциям. Это приводит к тому, что батареи теряют большую часть своих характеристик уже после нескольких циклов заряда-разряда.

Чтобы решить эти проблемы, ученые предложили добавить новую соль имидазолиодида в качестве катализатора и окислительно-восстановительного посредника. Этот катализатор облегчает перенос заряда и противодействует пассивации электродов. Кроме того, ионы DMI + из соли образуют на аноде пленку, которая предотвращает прямой контакт электролита с поверхностью лития, сводя к минимуму разложение электролита и предотвращая побочные реакции. Это стабилизирует анод и увеличивает срок службы батареи.

По данным ученых, их электрохимические тестовые ячейки продемонстрировали очень низкое перенапряжение (0,52 В), высокую стабильность циклов в течение 960 часов и обратимое образование/разложение Li2O2 без побочных реакций.

В свою очередь ученые из Американского химического общества (ACS) разработали новую алюминиево-ионную батарею, которая может решить критические проблемы в области хранения возобновляемой энергии.