HighTech Воздушно-литиевые батареи способны хранить в 10 раз больше энергии, чем ионо-литиевые с таким же весом и в 2 раза большим объемом. Теоретически, они могут дать электрическим автомобилям возможность проезжать без подзарядки такое же расстояние, как и автомобили с бензиновым двигателем. И вот совсем недавно ученые из Великобритании заявили, что преодолели большинство препятствий, мешающих полноценному использованию данной технологии.
В воздушно-литиевом аккумуляторе анод, как правило, состоит из литиевого металла, а катод - из пористого углеродного материала, подающего кислород из окружающей среды. А в качестве электролита выступает жидкость, соединяющая катод и анод и позволяющая ионам беспрепятственно проходить сквозь них. Когда литий полностью окисляется, выделение энергии прекращается, однако после подзарядки процесс начинается заново.
Чтобы полностью раскрыть потенциал такого источника энергии, ученым пришлось преодолеть многие трудности. Например, когда аккумулятор разряжается, частицы пероксида лития могут заблокировать пористые катоды и таким образом уменьшить его долговечность. Помимо этого, нежелательные химические реакции могут навредить электролитам, что, опять же, снижает общую эффективность аккумулятора. Более того, такие устройства крайне чувствительны ко влажности воздуха, поскольку она может привести к коррозии литиевого анода.
Чтобы преодолеть эти препятствия, ученые из Кембриджского университета сконструировали батареи таким образом, чтобы они производили кристаллы гидроксида лития вместо частиц пероксида лития, а также задействовали иодид лития вместо пероксида в качестве соединительного материала. Это сильно уменьшило воздействие нежелательных химических реакций, способных навредить электролитам и таким образом полностью привести воздушно-литиевый аккумулятор в негодность.
Более того, исследователи использовали в качестве катода крупнопористый оксид графена вместо среднепористного углерода, обычно используемого в других воздушно-литиевых батареях. Таким образом произошло тысячекратное увеличение размера пор: если ранее их размер составлял от 10 до 100 нанометров, то теперь он составляет от 10 до 100 микрометров. Это сделано для того, чтобы предотвратить закупоривание пор в процессе производства энергии кристаллами гидроксида лития. Ученые также продемонстрировали раствор диметоксиэтана, помогающий удалить эти засоряющие кристаллы во время подзарядки.
Однако и это еще не все: новая конструкция оказалась гораздо более водоустойчивой и менее зависящей от влажности воздуха. Автор исследования из Кембриджского университета Тао Лиу сказал, что “это новшество делает нас еще на шаг ближе к повсеместному использованию воздушно-литиевых аккумуляторов”.
Грядущие исследования могут помочь найти способ доставлять в процесс еще больше кислорода, считает соавтор исследования Клер Грэй из того же университета. Исследователям необходимо найти способ не допустить формирования в процессе тонких нитей под названием дендриты, способных вызвать короткое замыкание и взрыв аккумулятора. Кроме того, даже несмотря на то, что ученые смогли защитить конструкцию от воды, она все еще уязвима для двуокисей углерода и азота, также вызывающих коррозию литиевых металлов.
Ученые обнародовали свои открытия в выпуске журнала Science от 30 октября. Они запатентовали свой проект, а право на интеллектуальную собственность теперь принадлежит Кембриджскому университету.