Новые технологии литий-воздушных аккумуляторных батарей делают их ближе к практическому применению - «Наука и технологии»

Имея показатели плотности хранения энергии, сопоставимые с энергетическими показателями жидкого топлива, литий-воздушные (литий-кислородные) аккумуляторные батареи могут стать решением, позволяющим владельцам электрических автомобилей не сильно беспокоиться об ограничениях дальности поездки на одном заряде батарей. Но, до этого момента ученым предстоит еще решить массу проблем, одной из которого является слой пероксида лития, нарастающий на поверхности электродов, который блокирует поступление кислорода, что приводит к снижению емкости батареи. И наконец, ученые выяснили способ, который позволяет избежать этого нежелательного явления, а это, в свою очередь, позволит увеличить емкость батарей в пять раз по сравнению с существующими литий-воздушными и литий-ионными аккумуляторными батареями.

Вышеупомянутый пероксид лития является побочным продуктом электрохимической реакции, протекающей внутри аккумуляторной батареи. Одним из способов избежать формирования слоя этого соединения является изменение состава материала электрода и состава электролита так, чтобы в качестве побочного продукта реакции стала образовываться растворимая гидроокись лития. Такая технология была разработана в конце прошлого года исследователями из Кембриджского университета.

Но метод, разработанный кембриджскими учеными, достаточно сложен, и ученые из Национальной лаборатории Аргонна (Argonne National Laboratory) решили упростить его, сосредоточившись на изменении только материала электрода батареи. В результате исследований на свет появился новый материал электродов, на поверхности которого вместо пероксида стала формироваться гидроокись лития, которую можно легко расщепить на составные части, литий, кислород и водород. Расщепление гидроокиси на супероксид и затем на составные компоненты позволит даже создать замкнутую систему литий-воздушной аккумуляторной батареи, которой не будет требоваться поступлений кислорода из окружающей среды, что сделает такие батареи более безопасными, надежными и эффективными.

"Стабилизация супероксидной фазы лития может привести к разработке закрытой аккумуляторной ячейки, емкость которой будет в пять раз превышать емкость традиционных литий-ионных аккумуляторов сопоставимых габаритов" - рассказывает Халиль Амайн (Khalil Amine), член исследовательской группы.

Формирование супероксида лития производится за счет наличия иридиевых наночастиц на поверхности электрода. В обычных условиях это соединение с трудом поддается синтезу из-за его термодинамической нестабильности. Однако, атомы иридия в данном случае выступают в роли высокоэффективного катализатора и стабилизатора реакции.

"Наше открытие открывает дорогу для разработки аккумуляторной батареи принципиального нового типа" - рассказывает Ларри Кертисс (Larry Curtiss), ученый из лаборатории Аргонна, - "Но нам предстоит еще проделать массу работы по совершенствованию процессов, протекающих внутри таких батарей, что должно кардинально увеличить длительность их жизненного цикла".