Перевершать звичайні батареї: літій-повітряні акумулятори стали ефективнішими та довговічнішими

Група вчених під керівництвом Чжун-Шуай У з Даляньського інституту хімічної фізики CAS у співпраці з Сянкунем Ма з Даляньського морського університету знайшла спосіб підвищити продуктивність і термін служби літій-повітряних акумуляторів (Li-O 2). Про це пишепортал Tech Xplore.

Як зазначають у виданні, літій-повітряні акумулятори мають потенціал перевершити звичайні літій-іонні батареї, запасаючи значно більше енергії при тій самій вазі, однак на сьогодні потенціал цих акумуляторів не розкритий повністю. Їхня теоретично висока продуктивність поки що не стала реальністю. Крім того, термін служби таких батарей занадто короткий.

На відміну від літій-іонних акумуляторів, у яких іони літію "проштовхуються" вперед і назад між двома електродами, літій-повітряні акумулятори використовують анод з металевого літію. У міру використання батареї позитивно заряджені іони літію розчиняються і переміщаються до пористого катода, через який проходить повітря.

Кисень окислюється і зв'язується в пероксид літію (Li 2 O 2). Під час заряджання кисень вивільняється, а іони літію відновлюються назад до металевого літію, який осідає на аноді. Однак на практиці ефект, відомий як перенапруга, сповільнює електрохімічні реакції: утворення і розкладання нерозчинного Li 2 O 2 відбуваються повільно, а його провідність також дуже низька.

Крім того, пори катода мають тенденцію засмічуватися, а високий потенціал, необхідний для утворення кисню, розкладає електроліт і сприяє небажаним побічним реакціям. Це призводить до того, що батареї втрачають більшу частину своїх характеристик вже після кількох циклів заряду-розряду.

Щоб розв'язати ці проблеми, вчені запропонували додати нову сіль імідазоліодиду як каталізатор і окислювально-відновного посередника. Цей каталізатор полегшує перенесення заряду і протидіє пасивації електродів. Крім того, іони DMI+ із солі утворюють на аноді плівку, яка запобігає прямому контакту електроліту з поверхнею літію, зводячи до мінімуму розкладання електроліту і запобігаючи побічним реакціям. Це стабілізує анод і збільшує термін служби батареї.

За даними вчених, їхні електрохімічні тестові комірки продемонстрували дуже низьку перенапругу (0,52 В), високу стабільність циклів упродовж 960 годин і оборотне утворення/розкладання Li2O2 без побічних реакцій.

Нагадаємо, група дослідників з Єльського університету розробила інноваційний "дірявий" акумулятор, який згинається на 180 градусів і пропускає повітря.

Зі свого боку вчені з Американського хімічного товариства (ACS) розробили нову алюмінієво-іонну батарею, яка може розв'язати критичні проблеми в галузі зберігання відновлюваної енергії.