Инженеры надеются в ближайшие годы решить проблему долговечности литиево-воздушных батарей
В 1970-х годах литиево-воздушные батареи считались перспективными. Тогда разрабатывались источники энергии для электромобилей, а предлагаемая ими мощность свободно конкурировала с бензином и значительно превосходила традиционные литиево-ионные батареи.
Однако за последние два десятилетия ученые не смогли преодолеть проблемы, мешающие практическому применению этой технологии, включая реверсивную зарядку и низкую цикличность, которая приводит к деградации батареи в течение нескольких использований.
Исследовательская группа из Массачусетского технологического института, Гарвардского и Корнельского университетов нашла способ выделить и изучить одно соединение, которое может быть ответственна за разрушение ключевых компонентов литиево-воздушных батарей - супероксида лития.
"Ключ к улавливанию супероксида лития заключается в использовании ограничивающей оболочки из хинона - молекулы, используемой в качестве переносчика энергии в биологии", - говорит Мэтью Нава.
Как и многие другие, это открытие произошло случайно. Будучи аспирантом в группе Камминса, Нава заметил, что пероксид лития становится синим, когда приближается к хинону, что довольно интересно для твердых веществ-реагентов.
Хотя ученые знали, что промежуточный продукт супероксида лития должен присутствовать в новом материале, это было трудно доказать, поскольку он был погребен в оболочке сильно окрашенного хинона, который мог в любой момент сдетонировать.
Литиево-воздушные батареи работают за счет переноса электронов с катода на газообразный кислород, во время разряда образуется осадок пероксида лития - важнейшего материала для хранения энергии в батареях этого класса.
Супероксид лития, образующийся во время зарядки и разрядки, слишком нестабилен и недолговечен при комнатной температуре, поэтому ученые смогли надежно его изучить; когда мы научимся генерировать и стабилизировать это соединение, тогда и появится долговечная литиево-воздушная батарея.
"Ограниченная циклируемость литиево-воздушных батарей указывает на то, что наше понимание оксидов металлов, которые образуют накопитель энергии в этих батареях, является неполным, - поясняет Нава. - Возможно, инкапсуляция или физическое ограничение с помощью определенных материалов может быть мощным методом предотвращения деградации электролита и элементов в этих батареях, что увеличит цикличность элементов".
По мере того, как мир постепенно переходит на возобновляемые источники энергии, необходимо решать проблемы преобразования возобновляемой энергии в дешевое топливо. Батареи могут сыграть решающую роль в обеспечении надежного и эффективного хранения энергии, и это открытие поможет завершить технологическую революцию.
