Созданы батареи, способные «держать заряд» в три раза больше обычных

Химики из Университета Ватерлоо успешно решили две основные проблемы на пути создания литий-кислородной батареи. В процессе они разработали аккумулятор с кулоновской эффективностью почти 100%.Исследование подтверждает высокую обратимость четырехэлектронной конверсии в электрохимии литий-кислородных устройств, сообщает sciencedaily.com. Выводы проекта представлены в Science. Команде впервые удалось добиться четырехэлектронной конверсии, удваивающей вместимость литий-кислородных (воздушных) батарей.

«Существуют термодинамические ограничения, — объяснила профессор Линда Назар, старший автор работы. – Тем не менее, наш проект посвящен фундаментальным проблемам, которые люди уже давно пытаются решить».

Основной сложностью была реакция промежуточного и пероксидного продуктов (LiO2 и Li2O2) с пористым углеродным катодом. Первое соединение, супероксид, также в процессе поглощает органический электролит, что сильно ограничивает срок службы батареи.

Назар с коллегами решили заменить последнее соединение более стабильной неорганической расплавленной солью. Вместо углеродного анода использовали бифункциональный катализатор из металлического оксида. Запустив батарею при 150°С, ученые наблюдали формирование более стабильного Li2O вместо Li2O2. В результате получился высокообратимый литий-воздушный аккумулятор с кулоновской эффективностью почти 100%.

Замена пероксида на оксид обеспечила не только сохранение высоких зарядных характеристик, но и четырехэлектронный перенос, увеличивающий теоретическую энергоемкость на 50%.

«Новый электрод, электролит и поднятие температуры привели к хорошей работе системы», — подытожила профессор Назар.

Поместить больше энергии в батареи — это ключ к созданию электромобилей с более долгим пробегом, смартфонов с «вечным» зарядом и дешевой электроникой кругом и всюду. Литий-кислородные батареи представляют собой один из самых многообещающих путей развития в этом направлении.

Они могут увеличить плотность энергии на несколько порядков по сравнению с традиционными литий-ионными батареями — по крайней мере, в теории.

В работе, опубликованной вчера в журнале Science, ученые из Университета Ватерлоо выяснили, как разрешить самые большие препятствия на пути к становлению этих батарей в роли коммерческой реальности.

В чем была загвоздка? Самое главное: когда литий-кислородные батареи разряжались, кислород превращался в супероксид и затем в пероксид лития, реактивные компоненты, которые разъедали батарею со временем.

Это, в свою очередь, ограничивало ее способности к перезарядке — и возможное полезное применение.

Когда у нас будут батареи получше?

Что изменилось? Для решения это проблемы, ученые перешли от углеродного катода к катоду из оксида никеля при поддержке сетки из нержавеющей стали.

Также в качестве электролита использовалась плавленая соль — электролит позволяет положительно заряженным ионам перемещаться между электродами — и подняли рабочую температуру батареи до 150 градусов Цельсия.

Это позволило увеличить число циклов зарядки почти в три раза по сравнению с обычныеми литий-кислородными вариантами.

Также ученым удалось увеличить содержание энергии на единицу массы более чем на 50%.

«Это открытие подчеркивает огромные возможности — создать новые технологии батарей, которые потенциально смогут бросить вызов литий-ионным батареям и другим методам хранения», пишут ученые.

Взято с hi-news.ru