Літій-повітряна батарея з твердим електролітом
Американські дослідники розробили нову літій-повітряну батарею з твердим електролітом, здатну досягти рекордної щільності енергії, що майже вчетверо перевищує щільність енергії літій-іонних батарей. Випробувальний елемент продемонстрував стабільність протягом 1 000 циклів заряду і розряду.
Елемент літій-повітряної батареї з металевим літієвим анодом, катодом на основі повітря і твердим керамічним полімерним електролітом
Дослідники з Іллінойського технологічного інституту та Аргоннської національної лабораторії Міністерства енергетики США розробили літій-повітряну батарею з твердим електролітом на основі полімеру. Вони стверджують, що він забезпечує чудову безпеку і продуктивність.
Твердий електроліт складається з керамічного полімерного матеріалу, виготовленого з відносно недорогих елементів у формі наночастинок. Зокрема, новий композитний електроліт базується на наночастинках Li10GeP2S12, впроваджених у модифіковану поліетиленоксидну полімерну матрицю, що дає змогу проводити хімічні реакції, в результаті яких під час розряду утворюється оксид літію (Li2O).
У колишніх конструкціях літій-повітряних акумуляторів літій у металевому літієвому аноді проходить через рідкий електроліт і з’єднується з киснем під час розряду, утворюючи пероксид літію (Li2O2) або супероксид (LiO2) на катоді. Під час заряду пероксид або супероксид літію знову розпадається на літій і кисень. Ця хімічна послідовність накопичує і вивільняє енергію на вимогу.
“Хімічна реакція для супероксиду або пероксиду літію передбачає тільки один або два електрони, запасених на молекулу кисню, тоді як для оксиду літію – чотири електрони”, – каже хімік з Аргонні Рашид Амін.
У новій конструкції реакція з чотирма електронами здійснюється завдяки змішаному іонно-електронному провідному розряду і його взаємодії з повітрям”.
Велика кількість збережених електронів означає вищу щільність енергії. Теоретично, літій-повітряна батарея, заснована на утворенні Li2O, може забезпечити щільність енергії, порівнянну з щільністю енергії бензину. Вона має найвищу прогнозовану щільність енергії серед усіх технологій батарей, які розглядаються для наступного покоління батарей після літій-іонних.
“За подальшого розвитку ми очікуємо, що наша нова конструкція літій-повітряної батареї також досягне рекордної щільності енергії в 1200 ват-годин на кілограм”, – сказав Ларрі Кертісс, заслужений діяч Аргонна. Це майже в чотири рази краще, ніж у літій-іонних батарей”.
Нова розробка команди також є першою літій-повітряною батареєю, в якій досягнута чотирьохелектронна реакція за кімнатної температури. Крім того, вона працює на кисні, що надходить з навколишнього середовища, що усуває необхідність у кисневих балонах, яка була проблемою в попередніх конструкціях.
Попередні літій-повітряні випробувальні елементи страждали від дуже короткого терміну служби. Але американські дослідники стверджують, що це не стосується їхньої нової конструкції батареї, оскільки їхній випробувальний елемент продемонстрував стабільність протягом 1 000 циклів заряду та розряду.