По нынешним меркам идея литиево-воздушных (литиево-кислородных) батарей была предложена давно. В 70-х годах прошлого столетия эти батареи рассматривали в качестве возможного источника питания для электромобилей. Поиск новых возобновляемых источников энергии в наше время вынудил учёных обратиться к забытой концепции.
Теоретически литиево-кислородные батареи могут располагать крайне высокой плотностью энергии.
Принцип работы
Литиево-воздушные батареи могут различаться в конструкции и химическом составе, но принцип работы остаётся одинаковым для накопителей этого типа: литиевый анод окисляется кислородом воздуха. Металл, взаимодействуя с кислородом, отдает электроны. Положительно заряженный ион лития, переносит заряд, проникая в кристаллическую решётку графита.
На сколько киллометров хватает батареи
Низкая плотность металлического лития и неограниченное количество окислителя, находящегося в воздухе, дают теоретическую возможность батарее сохранить и отдать количество энергии на килограмм своего веса такое же, как у бензинового двигателя. Такой потенциал когда-нибудь позволит электромобилю двигаться 800 километров без подзарядки.
Большой минус, котрорый ставит крест производстве
В реальности такую плотность энергии достичь невероятно трудно. Многие специалисты поставили на литиево-кислородных батареях, как на источнике энергии для электромобиля, крест. Эти аккумуляторы оказались недолговечны из-за образования побочных продуктов окислительно-восстановительных реакций, в результате чего засорялись электроды. Литиево-кислородные батареи недолговечны. Они выдерживают всего несколько циклов зарядки и разрядки.
Решение проблемы не долговечности
Не все учёные опустили руки. Группа исследователей из Кембриджского университета под руководством профессора Клер Грей, используя ряд нововведений, создала очередной прототип литиево-воздушной батареи.
Учёные изменили состав электролита: в органический растворитель диметоксиэтан добавили йодид лития. В ходе реакции окисления лития на катоде образуется его гидроксид, легко разлагающийся при подзарядке батареи. Ранее в этом случае образовывался пероксид лития. Он, являясь стойким соединением, засорял катод.
Высокая реакционная способность лития, взаимодействующего с электролитом, в предыдущих вариантах разрушала аккумулятор, выводя из строя анод. Теперь эта проблема решена.
Где уже применяют?
Учёные заменили материал катода, использовав в его качестве графен, значительно увеличивший ёмкость батареи.
В сообщении для прессы профессор Грей отметила, что аккумулятор, модифицированный её исследовательской группой, выдержал 2000 циклов зарядов и разрядов. Снижение производительности при этом было незначительно, а энергоэффективность составила 93%. Учёные полагают, что их батарея способна хранить энергии в 5 раз больше, чем аналог в существующих аккумуляторах. Примером может быть электромобиль Тесла.
Какие еще есть препятствия к производству таких аккумуляторов
Несмотря на значительные успехи в модификации литиево-воздушных батарей, существует достаточное количество проблем в этой области, решить которые ещё только предстоит учёным. Одна из них заключается в том, что на аноде образуются литиевые веретенообразные волокна, способные привести к взрыву аккумулятора.
Существенным ограничением в работе нового прототипа литиево-воздушной батареи является его функционирование лишь в атмосфере чистого кислорода. Углекислый газ, азот и влага, содержащиеся в воздухе, негативно влияют на электрод.
Заключение
Видео: Алюминий-воздушный аккумулятор
Профессор Грей отметила, что её группе исследователей на пути к усовершенствованию литиево-воздушной батареи удалось решить часть задач, казавшихся многим безнадёжными. Она уверена, что её команда преодолеет оставшиеся конструкционные трудности.
