Исследователи решили главную проблему литий-металлических аккумуляторов / Совершен прорыв в разработке литий-кислородных аккумуляторов
1. Американские специалисты защитили литий-металлические аккумуляторы от разрушительного воздействия дендритов. Такие батареи могут быстро накапливать на порядок больше энергии, чем литий-ионные, и это достижение — важный шаг, приближающий их появление на рынке.Литий-металлические аккумуляторы заряжаются быстрее и могут накапливать в десять раз больше энергии, чем самые распространенные сейчас литий-ионные. Однако у них есть существенный недостаток: в незащищенных анодах литий-металлических батарей со временем могут прорастать дендриты — кристаллические образования, напоминающие ветви растений. Они проникают в катод и разрушают аккумулятор.Решение химиков из Университета Райс простое, недорогое и крайне эффективное: предотвратить это может тонкий слой пленки из нанотрубок, рассказывает Phys.org. Литий соединяется с пленкой, которая из черной становится красной и рассеивает ионы лития.
Физический контакт с фольгой уменьшает толщину пленки, но добавление ионов лития уравновешивает это, объясняет Родриго Сальватьера, один участников исследования.
Во время работы батареи пленка выпускает заряд ионов, а слой литиевого анода восполняет запас, поддерживая ее способность сопротивляться росту дендритов.
Во время испытания пленка из нанотрубок эффективно подавила рост дендритов в ходе 580 циклов заряда/разряда батареи с сульфурированным углеродным катодом. Его изобретение — тоже заслуга Университета Райс.
Литий-металлические элементы сохранили 99,8% выхода по току — показателя, свидетельствующего об эффективности движения электронов внутри системы.
2. Литий-кислородные батареи обладают высокой плотностью энергии, но крайне быстро изнашиваются. Канадские ученые нашли способ решить проблему. Созданный ими прототип выдерживает до 150 циклов подзарядки, а его кулоновская эффективность достигает 100%. Технология позволит создавать гигантские батареи и эффективно запасать электроэнергию из возобновляемых источников
Литий-кислородные аккумуляторы запасают в 10 раз больше энергии, чем литий-ионные аналоги, но при этом весят значительно меньше. Однако впечатляющие характеристики батарей фиксируют лишь в лабораториях. На рынке технология так и не прижилась из-за недолговечности — литий-воздушные батареи выходят из строя буквально после нескольких циклов подзарядки.
Проблема кроется в молекулах пероксида лития (Li2O2) и супероксида лития (LiO2), которые накапливаются в пористом углеродном катоде, что в итоге приводит к его разрушению и прекращению передачи тока.
Ученые по всему миру давно пытаются поменять конфигурацию батареи, чтобы продлить срок ее службы. Одно из решений представили специалисты по химической физике из Университета Ватерлоо (Канада). Они заменили органический электролит более стабильным неорганическим расплавом солей, а вместо пористого катода установила бифункциональный металлооксидный катализатор.
Как сообщает Science Daily, при нагревании до 150 градусов Целсия исследователи получили другой продукт реакции — вместо пероксида лития (Li2O2) выделялся оксид лития (Li2O), который отличается большей стабильностью.
В результате кулоновская эффективность устройства приблизилась к 100%, что сопоставимо с показателями литий-ионных аккумуляторов. Такая батарея способна выдерживать до 150 циклов подзарядки.Также физикам удалось добиться переноса четырех электронов на каждую молекулу кислорода, что позволяет в теории повысить емкость литий-воздушного аккумулятора на 50%.
Журнал Science поясняет, что батареи такого типа обладают слишком высокой температурой, поэтому они не подходят для установки в ноутбуки и смартфоны. Однако их можно использовать в качестве накопителей энергии от возобновляемых источников — солнечных панелей или ветрогенераторов. Для этого понадобится аккумулятор размером с грузовой вагон.
Впрочем, ученые признают, что о массовом внедрении литий-кислородных аккумуляторов говорить пока рано. Прежде необходимо провести еще несколько экспериментов, чтобы оценить их стабильность. Также физики надеются увеличить количество циклов
подзарядки.
Популярные сегодня литий-ионные аккумуляторы тоже нуждаются в доработке. Несмотря на широкое применение, они до сих пор быстро разряжаются, а в некоторых случаях воспламеняются. Решение второй проблемы недавно нашел исследователь из Национальной лаборатории Ок-Ридж Габриэль Виф. Он предлагает делать электролиты более вязкими, так чтобы при нагревании они твердели. Такая технология, по словам Вифа, в будущем позволит создавать даже литий-ионные бронежилеты для военных.
Источники: https://hightech.plus/2018/10/26/uchenie-ustranili-glavnii-nedostatok-potencialno-moshneishih-litii-metallicheskih-batarei
Ссылки
Отличный комментарий!