Улучшены эффективность и долговечность литий-воздушных батарей
Новый вариант электрохимического процесса, обрисованный в издании Nature Energy, может использоваться в классической конструкции всецело герметичных элементов питания. Он снабжает теоретическую производительность на уровне простых литий-воздушных батарей, но лишён всех их недочётов, таких как утраты энергии в виде тепла, потребность и быстрая деградация свойств в дорогостоящем оборудовании для выкачки и закачки кислорода.
В разработке данной батареи с катодом из стекловидных наночастиц, содержащих кислород и литий, учавствовали представители Массачусетского технологического университета (MIT), Аргоннской Пекинского университета и Национальной Лаборатории (Китай).
Стандартные литий-воздушные батареи применяют в химической реакции с литием (при разрядке) кислород из воздуха, что при зарядке опять выпускается в внешнюю среду. В новом варианте реакции протекают те же, но в них кислород остаётся в составе жёстких соединений и ни при каких обстоятельствах не выделяется в газообразном виде.
Изменение кислорода в трёх стадиях окислительно-восстановительного процесса происходит между тремя разными жёсткими химическими соединениями, Li2O, Li2O2 и LiO2, смешанными совместно в стекловидной массе. Таковой приём разрешает в пять раз, с 1,2 до 0,24 В, снизить утраты напряжения и уменьшить количество электричества, преобразовывающейся в тепло, с 30 до 8%.
Исключение газовой фазы благоприятно отражается на долговечности батареи, поскольку катод больше не подвергается многократным большим трансформациям количества, разрушающим пути электрической проводимости в структуре материала. В циклических опробованиях, лабораторная версия новой батареи продемонстрировала утрату емкости менее 2% по окончании 120 циклов перезарядки. Отсутствие потребности в дополнительном внешнем оборудовании разрешит устанавливать такие батареи вместо литий-ионных в уже существующие потребительские электронные устройства, машины и в промышленные совокупности хранения энергии.
За счет того, что катоды с «жёстким кислородом» весят значительно меньше катодов литий-ионных батарей, новая конструкция разрешает сохранять в два раза больше энергии на единицу массы катода. Предстоящая её оптимизация, по точке зрения разработчиков, разрешит улучшить результат ещё в два раза, причём все это — без добавления дорогостоящих компонентов либо материалов.
Примененные в новом катоде «нанолитиевые» частицы в обычном состоянии весьма неустойчивы, исходя из этого исследователи внедрили их в пористую стабилизирующую матрицу оксида кобальта (он кроме этого является катализатором процесса изменения кислорода).
Команда рассчитывает пройти путь от концептуального прототипа до практического примера новой батареи на «жёстком кислороде» приблизительно за год.