Новая литиево-воздушная батарея длится сотни циклов дольше, чем прошлые проекты

Низкая скорость улучшения батареи отвечает за многие недостатки современных технологий. Ваш смартфон может быть намного быстрее, чем это было несколько лет назад, и ваш ноутбук может прослужить большую часть дня за плату, но подумайте о том, насколько они бы лучше, если бы мощность не была такой нехваткой. Одна из самых перспективных технологий, которая может увеличить количество аккумуляторов в будущем, известна как литий-воздушный. Они обладают отличной способностью, но имеют тенденцию ломаться в течение нескольких недель. Новый дизайн, который улучшает реакцию литий-воздух, может, наконец, сделать эти батареи жизнеспособными для долгосрочного использования.

Литиево-воздушные батареи привлекательны, потому что, в отличие от обычной литий-ионной батареи, вам не нужны все реагенты, налитые внутри ячеек. На одном электроде у вас есть металл лития, а с другой - литий реагирует с кислородом в воздухе. Зарядка литиево-воздушной батареи отделяет кислород от электрода, возвращая его в окружающую среду. В результате получается гораздо более высокая плотность энергии - в пять раз больше.

Если вы проводили какое-либо время, изучая химию, вы, вероятно, можете догадаться об этой проблеме - как литий, так и кислород очень реактивны, поэтому воздействие электрода на воздух гарантирует его быстро ухудшение. Исследователи из Университета штата Иллинойс в Чикаго и в Аргоннской национальной лаборатории считают, что они рассмотрели проблемы стабильности литиево-воздушных батарей с новым дизайном.

Новая конструкция батареи защищает литиевый металлический анод с покрытием из карбоната лития. Это позволяет ионам лития из анода поступать в электролит, не допуская попадания нежелательных соединений в анод. Легко создать и этот защитный слой. Исследователям просто нужно было запустить несколько циклов зарядки-разрядки с чистой атмосферой диоксида углерода и аккумулировать кристаллическую сетку карбоната лития.

Катод - это кислород, входящий в литиево-воздушную батарею. Команда построила этот компонент из дисульфида молибдена, материала, который генерирует тонкую пленку перекиси лития из нормальных реакций батареи. Этот слой является инертным в присутствии воздуха, поэтому он защищает катод от нежелательных реакций.

Команда начала с компьютерного моделирования, а затем разработала оборудование для тестирования в моделируемой атмосфере с реалистичными соотношениями азота, кислорода и воды. При тестировании прототип батареи (сверху) удалось продержаться 750 циклов, что эквивалентно нескольким годам использования. Следующий шаг - проверить дизайн в реальном мире, что в конечном итоге может привести к коммерческим версиям литиево-воздушных батарей.

Читать далее