Ученые разработали наиболее перспективную замену современным аккумуляторам - литий-кислородные батареи, которые не только являются экологически безопасными, но и могут иметь в 10 раз больше энергии, - пишет sciencemag.org со ссылкой на sciencemag.org.
Литий-ионные аккумуляторы заряжают все - от смартфонов до автомобилей. Литий-кислородные батареи – наиболее перспективная замена. Но их внедрению пока мешает одна проблема: они ломаются после нескольких циклов зарядки. Теперь исследователи обнаружили, что, если сделать в устройстве пару исправлений, а также запускать батареи при высоких температурах, то можно добиться их эффективной работы по крайней мере в течение 150 циклов. Возможно, однажды эти батареи станут основой «зеленой» энергетики, использующей энергию ветра и солнца.
«Это очень обнадеживает, - говорит Янг Шао-Хорн, химик-физик Массачусетского технологического института в Кембридже, которая не участвовал в исследовании. Но и она, и другие ученые предупреждают, что прежде чем батареи начнут рассматриваться в качестве продукта для массового рынка, они должны проявить себя на протяжении многих циклов.
Как и их литий-ионные «кузены», литий-кислородные батареи состоят из двух электродов, разделенных жидким электролитом, через который ионы лития текут во время зарядки и разрядки. При разрядке атомы лития отдают электроны на положительно заряженный электрод - анод, оставляя положительно заряженные ионы лития протекать через электролит к отрицательно заряженному катоду. Там они реагируют с кислородом из воздуха, чтобы в конечном итоге образовать перекись лития (Li2O2) - соединение, которое со временем разрывает электролит. Реакция также генерирует еще более реактивное соединение, называемое супероксидом, которое останавливает действие нескольких компонентов батареи.
В последние годы исследователи пытались изобрести электролиты, которые с успехом могли бы противостоять Li2O2 и супероксиду. «Люди были на грани потери надежды», - говорит Линда Назар, химик из Университета Ватерлоо в Канаде.
Но 2 года назад команда исследователей из США протестировала альтернативный электролит, сделанный из комбинации солей, которые при нагревании превращались в жидкость. Эта расплавленная соль выдержала разрушения Li2O2 и супероксида, но катод на основе углерода по-прежнему разрушался.
Теперь Назар и ее коллеги сделали еще один шаг вперед. Они сохранили электролит из плавящейся соли, но заменили углеродный катод версией на никелевой основе. Они также повысили рабочую температуру батареи до 150°C. Эта комбинация производит не Li2O2 и супероксид, а Li2O - стабильное соединение, которое не разрушает электролит и другие части батареи. Аккумулятор почти не повреждается, отработав 150 циклов. «Это показывает, что нестандартное мышление позволяет нам двигаться вперед», - говорит Бетар Галлант - инженер-механик в Массачусетском технологическом институте, который не участвовал в новой работе.
Ученые объясняют, что до внедрения литиево-кислородный батарей должно пройти еще много испытаний. Необходимо наблюдать действие аккумуляторов в течение многих циклов, чтобы понять, не возникают ли в работе новые нарушения, которые ранее не проявлялись. Но если испытания батарей будут проходить успешно, то в сфере энергетики начнется новая эра.
[Фото: sciencemag.org]
