Литий-ионным аккумуляторам нашли замену: их главную проблему решил воздух
Ученые из Национального института материаловедения Японии (NIMS) и компании Toyo Tanso разработали новый углеродный электрод, который может повысить производительность литий-воздушных аккумуляторов.
Литий-воздушные аккумуляторы применяются для работы электросамолетов и электромобилей. Благодаря их малому весу и высокой энергоемкости техника сможет работать в разы лучше, пишет interestingengineering.com.
Исследователи создали прототип многослойного литий-воздушного аккумулятора емкостью 1 Вт·ч с электродом размером 4 x 4 см и подтвердили его стабильную работу. Это доказывает возможность масштабирования технологии для промышленного применения. Эта разработка устраняет три основных недостатка: низкую выходную мощность, короткий срок службы и невозможность масштабировать технологию.
Литий-воздушный аккумулятор способен хранить гораздо больше энергии, чем существующие литий-ионные аккумуляторы, и обещает большие расстояния для поездок или полетов. Но предыдущие устройства, обычно емкостью 0,01 Вт·ч или меньше, были слишком слабы для того, чтобы питать электрокар.
В 2021 году NIMS разработала литий-воздушный аккумулятор с удельной энергией около 500 Вт·ч/кг, что более чем вдвое превышает плотность энергии стандартных литий-ионных аккумуляторов. Однако этот аккумулятор нуждался в усовершенствовании — увеличении выходной мощности и срока службы. Ученые поставили задачу: разработать положительный электрод на основе углерода с необходимой пористостью и стабильностью.
Совместно со специалистами из Toyo Tanso им удалось сделать углеродный электрод для ускорения разработки крупных литий-воздушных аккумуляторов. Электрод имеет слоистую пористую структуру, что улучшает движение ионов и химические реакции аккумулятора.
Разработка продемонстрировала, что углеродный электрод размером 4 x 4 см успешно питает стабильную литий-воздушную батарею класса емкости 1 Вт·ч. Уникальная конструкция электрода обеспечивает более высокую выходную мощность аккумулятора, что необходимо для мгновенного разгона электромобилей или вертикального подъема аэротакси. Кроме того, повышенная кристалличность углерода одновременно повышает прочность электрода и продлевает срок службы аккумулятора.
В то время как современные литий-ионные аккумуляторы топового класса с трудом преодолевают отметку в 300 Вт·ч/кг, литий-воздушные аккумуляторы обещают теоретическую плотность, которая может сравниться с плотностью бензина, что поспособствует развитию транспорта.
Ранее мы писали, что батареи электрокаров будут заряжаться за 3 минуты. Hyundai намерена сократить время зарядки электромобилей до трех минут, чтобы те не уступали в удобстве бензиновым аналогам на заправке.