Новая конструкция литий-воздушной батареи может обеспечить гораздо больший запас хода по сравнению с литий-ионной батареей
Многие владельцы электромобилей мечтали об аккумуляторной батарее, которая могла бы проехать более тысячи километров без подзарядки. Исследователи из Иллинойского технологического института (IIT) и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разработали литий-воздушную батарею, которая может воплотить эту мечту в реальность. Новый дизайн батареи, разработанной командой, однажды сможет питать внутренние самолеты и дальнемагистральные грузовики.
Основным новым компонентом в литий-воздушной батарее является твердый электролит вместо привычной жидкой разновидности. Аккумуляторы с твердыми электролитами не доставляют проблем с безопасностью в отличие от батарей с жидкими электролитами, используемыми в литий-ионных и других типах аккумуляторов, которые могут перегреться и загореться.

Что еще более важно, аккумуляторы с твердым электролитом потенциально могут повысить плотность энергии в четыре раза по сравнению с литий-ионными батареями.
— Ларри Кертисс, почетный научный сотрудник Аргонны.
В предыдущих литий-воздушных конструкциях литий в литий-металлическом аноде перемещался через жидкий электролит, чтобы соединиться с кислородом во время разряда, образуя пероксид лития (Li2O2) или супероксид (LiO2) на катоде. По окончании цикла перекись или супероксид лития снова расщепляется на литий и кислород во время зарядки. Эта химическая последовательность сохраняет и высвобождает энергию по требованию.
Новый твердый электролит команды состоит из керамического полимерного материала, изготовленного из относительно недорогих элементов в форме наночастиц. Новое твердое вещество позволяет проводить химические реакции, в результате которых при разряде образуется оксид лития (Li2O).
— аргоннский химик Рашид Амин.
Литий-воздушная конструкция, разработанная командой, является первой литий-воздушной батареей, в которой достигнута четырехэлектронная реакция при комнатной температуре. Она также работает с кислородом, поступающим с воздухом из окружающей среды. Возможность работы с воздухом позволяет избежать необходимости использования кислородных баллонов, что было проблемой более ранних конструкций.
Команда использовала множество различных методов, чтобы установить, как на самом деле происходит четырехэлектронная реакция. Одним из ключевых методов была просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) продуктов разряда на поверхности катода, которая была проведена в Аргоннском центре наноразмерных материалов, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США. Изображения ПЭМ предоставили ценную информацию о механизме четырехэлектронного разряда.
Прошлые испытательные литий-воздушные ячейки имели очень короткий срок службы. Команда установила, что этот недостаток не относится к новой конструкции батареи, создав и проработав тестовую ячейку в течение 1000 циклов, продемонстрировав ее стабильность при многократном заряде и разряде.
— Ларри Кертисс.
Основным новым компонентом в литий-воздушной батарее является твердый электролит вместо привычной жидкой разновидности. Аккумуляторы с твердыми электролитами не доставляют проблем с безопасностью в отличие от батарей с жидкими электролитами, используемыми в литий-ионных и других типах аккумуляторов, которые могут перегреться и загореться.

Что еще более важно, аккумуляторы с твердым электролитом потенциально могут повысить плотность энергии в четыре раза по сравнению с литий-ионными батареями.
Более десяти лет ученые в Аргонне и других местах работали, чтобы разработать литиевую батарею, которая использует кислород воздуха. Литий-воздушная батарея имеет самую высокую прогнозируемую плотность энергии среди всех аккумуляторных технологий, рассматриваемых для следующего поколения аккумуляторов помимо литий-ионных
— Ларри Кертисс, почетный научный сотрудник Аргонны.
В предыдущих литий-воздушных конструкциях литий в литий-металлическом аноде перемещался через жидкий электролит, чтобы соединиться с кислородом во время разряда, образуя пероксид лития (Li2O2) или супероксид (LiO2) на катоде. По окончании цикла перекись или супероксид лития снова расщепляется на литий и кислород во время зарядки. Эта химическая последовательность сохраняет и высвобождает энергию по требованию.
Новый твердый электролит команды состоит из керамического полимерного материала, изготовленного из относительно недорогих элементов в форме наночастиц. Новое твердое вещество позволяет проводить химические реакции, в результате которых при разряде образуется оксид лития (Li2O).
Химическая реакция для супероксида или пероксида лития включает только один или два электрона, хранящихся на молекуле кислорода, тогда как для оксида лития участвуют четыре электрона. Больше сохраненных электронов означает более высокую плотность энергии
— аргоннский химик Рашид Амин.
Литий-воздушная конструкция, разработанная командой, является первой литий-воздушной батареей, в которой достигнута четырехэлектронная реакция при комнатной температуре. Она также работает с кислородом, поступающим с воздухом из окружающей среды. Возможность работы с воздухом позволяет избежать необходимости использования кислородных баллонов, что было проблемой более ранних конструкций.
Команда использовала множество различных методов, чтобы установить, как на самом деле происходит четырехэлектронная реакция. Одним из ключевых методов была просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) продуктов разряда на поверхности катода, которая была проведена в Аргоннском центре наноразмерных материалов, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США. Изображения ПЭМ предоставили ценную информацию о механизме четырехэлектронного разряда.
Прошлые испытательные литий-воздушные ячейки имели очень короткий срок службы. Команда установила, что этот недостаток не относится к новой конструкции батареи, создав и проработав тестовую ячейку в течение 1000 циклов, продемонстрировав ее стабильность при многократном заряде и разряде.
При дальнейшем развитии мы ожидаем, что наша новая конструкция литий-воздушной батареи также достигнет рекордной плотности энергии в 1200 ватт-часов на килограмм. Это почти в четыре раза лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов
— Ларри Кертисс.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...