Литий-воздушные батареи станут более эффективными и долговечными

Недавно в авторитетном научном издании Nature Energy был описан обновлённый вариант электрохимического процесса, который может использоваться в привычной конструкции герметичных элементов питания. Процесс гарантирует теоретическую производительность уровня стандартных литий-воздушных батарей, однако лишён их недостатков, в том числе таких как быстрая деградация свойств, потери тепловой энергии, необходимость покупки дорогостоящего оборудования для закачки/выкачки кислорода.

Новую батарею, оснащённую катодом на основе стекловидных наночастиц, разработали представители MIT (Массачусетского технологического института), Пекинского университета (Китай) и Аргоннской Национальной Лаборатории.

Обычные литий-воздушные батареи привлекают кислород из атмосферы в момент химической реакции (при разрядке) с литием. При зарядке этот кислород опять выпускается в окружающую атмосферу. Инновационный вариант батареи реакции не меняет, однако кислород используется как составная часть твёрдых соединений, никогда не выделяясь в газообразном виде.

Во всех стадиях в окислительно-восстановительном процессе (а их три) трансформация кислорода происходит между 3-мя различными твёрдыми соединениями - Li2O2, Li2O и LiO2, которые смешаны в стекловидной массе. Этот приём позволит в пять раз снизить потери напряжения с 1,2В до 0,24В, в то же время уменьшить количество электроэнергии, которой предстоит превратиться в тепло, с 30% до 8%.

Поскольку газовая фаза исключена из процесса, то срок использования батареи увеличивается, ведь катод не подвергается больше постоянным и очень значительным изменениям объёма, которые разрушают пути электропроводимости в структуре материала. Циклические испытания лабораторной версии инновационной батареи показали потерю её ёмкости после 120-ти циклов перезарядки на уровне менее 2%.

Новой батарее не нужно и дополнительное внешнее оборудование, это позволит использовать такие устройства вместо привычных литий-ионных в ныне используемых потребительских электронных устройствах, промышленные системы для хранения энергии или автомобили.

Катод с «твёрдым кислородом» весит значительно меньше катода литий-ионных батарей, что позволяет новой конструкции сохранить на единицу массы в два раза больше энергии. Разработчики планируют дорабатывать своё изобретение и ещё больше улучшить уже имеющийся результат, причём без использования дорогостоящих материалов и компонентов.