Главная » 2013 » Март » 13 » Литий-воздушные аккумуляторы могут быть долгожи�
14:51
Литий-воздушные аккумуляторы могут быть долгожи�
У огромный потенциал по запасанию энергии — до 2 000 Вт•ч/кг, в десять раз выше, чем у лучших . То же касается и плотности энергии: объем литий-воздушной батареи примерно в десять раз меньше, чем у такой же по напряжению и силе тока литий-ионной. Однако если бы всё ограничивалось только достоинствами…
Исследователи из (Великобритания) продемонстрировали литий-воздушные батареи, теряющие после ста циклов лишь 5% ёмкости и при этом заряжающиеся вдесятеро быстрее обычных. Для этого в них используются золотые электроды и диметилсульфоксидный электролит.
Литий-воздушные батареи демонстрируют самую высокую ёмкость, но реакции в них такие бурные, что компоненты очень быстро деградируют. (Илл. Tony Hisgett / Z. Peng et al. / Science.)
При реализации литий-воздушных батарей есть целый ряд сложностей. Во-первых, литий, весьма активный металл, взаимодействует с кислородом воздуха. Другая проблема — высокий энергетический барьер реакции, требующий использования в катодах катализаторов. Наконец, пока так и нет нормально работающего электролита, который хорошо проводил бы ионы лития, при этом надёжно изолируя литиевый анод от кислорода. Ну а гипотетический идеальный электролит не должен замерзать в мороз и закипать в жару. Итак, что же мы имеем?
Британцы использовали , апротонный растворитель (CH3)2SO, в качестве кандидата в такие «идеальные» электролиты: он относительно хорошо проводит ионы и не позволяет быстро окисляться литию. Проблемой является лишь то, что при нормальном давлении он затвердевает уже при 18 С, но, как отмечают исследователи, не всё сразу. Другой ключевой новацией стало использование более стойкого в химическом отношении материала электрода — золота — вместо углерода, применявшегося до сих пор.
Итог впечатляет. Во-первых, главная проблема — деградация материала батарей — оказалась в значительной степени преодолена. При 100 циклах зарядки-разрядки ёмкость литий-воздушного аккумулятора упала лишь на 5%, то есть до 50-процентной деградации такие батареи могут пережить 1 000 циклов. Учитывая их значительную ёмкость, это очень прилично. Другим преимуществом новой конструкции является увеличившаяся вдесятеро скорость зарядки и разрядки: в сравнении с обычными литий-воздушными батареями она выросла в 10 раз. Что чрезвычайно важно: в случае на порядок более ёмких батарей «заправлять» те же электромобили придётся в 10 раз дольше, а ведь и сейчас на это уходят часы.
Недостатки новой конструкции вытекают, увы, из её достоинств. Золото делает аккумулятор тяжёлым и, понятно, дорогим. А эффективный электролит замерзает при +18 С.
И тем не менее исследователи отмечают, что их работа демонстрирует принципиальную возможность (при нахождении эквивалентов новым материалам) создания таких литиевых аккумуляторов, которые смогут наконец-то решит проблему катастрофически малой ёмкости существующих батарей всех типов, препятствующей электромобильной революции и ограничивающей автономность мобильных устройств и ноутбуков.
Литий-воздушные батареи демонстрируют самую высокую ёмкость, но реакции в них такие бурные, что компоненты очень быстро деградируют. (Илл. Tony Hisgett / Z. Peng et al. / Science.)
