Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг ресурсов "УралWeb"

Rambler's Top100

Вы здесь: Главная // Аналитика

Улучшены эффективность и долговечность литий-воздушных батарей

Добавлено: 2016-07-29, просмотров: 205


Новый вариант электрохимического процесса, описанный в журнале Nature Energy, может применяться в традиционной конструкции полностью герметичных элементов питания. Он обеспечивает теоретическую производительность на уровне обычных литий-воздушных батарей, но лишён всех их недостатков, таких как потери энергии в виде тепла, быстрая деградация свойств и потребность в дорогостоящем оборудовании для закачки и выкачки кислорода.

В разработке этой батареи с катодом из стекловидных наночастиц, содержащих литий и кислород, принимали участие представители Массачусетского технологического института (MIT), Аргоннской Национальной Лаборатории и Пекинского университета (Китай).

Стандартные литий-воздушные батареи используют в химической реакции с литием (при разрядке) кислород из атмосферы, который при зарядке снова выпускается в окружающую среду. В новом варианте реакции протекают те же, но в них кислород остаётся в составе твёрдых соединений и никогда не выделяется в газообразном виде.

Трансформация кислорода в трёх стадиях окислительно-восстановительного процесса происходит между тремя различными твёрдыми химическими соединениями, Li2O, Li2O2 и LiO2, смешанными вместе в стекловидной массе. Такой приём позволяет в пять раз, с 1,2 до 0,24 В, снизить потери напряжения и уменьшить количество электроэнергии, превращающейся в тепло, с 30 до 8%.

fjth34hc.jpg

Исключение газовой фазы благоприятно сказывается на долговечности батареи, так как катод больше не подвергается многократным значительным изменениям объёма, разрушающим пути электрической проводимости в структуре материала. В циклических испытаниях, лабораторная версия новой батареи показала потерю емкости менее 2% после 120 циклов перезарядки. Отсутствие потребности в дополнительном внешнем оборудовании позволит устанавливать такие батареи вместо литий-ионных в уже существующие потребительские электронные устройства, автомобили и в промышленные системы хранения энергии.

Благодаря тому, что катоды с «твёрдым кислородом» весят намного меньше катодов литий-ионных батарей, новая конструкция позволяет сохранять вдвое больше энергии на единицу массы катода. Дальнейшая её оптимизация, по мнению разработчиков, позволит улучшить этот результат ещё в два раза, причём все это — без добавления дорогостоящих компонентов или материалов.

Примененные в новом катоде «нанолитиевые» частицы в нормальном состоянии очень неустойчивы, поэтому исследователи внедрили их в пористую стабилизирующую матрицу оксида кобальта (он также служит катализатором процесса трансформации кислорода).

Команда рассчитывает пройти путь от концептуального прототипа до практического образца новой батареи на «твёрдом кислороде» примерно за год.

ko.com.ua