У литий-воздушных аккумуляторов, похоже, большое будущее. Теоретически, они обладают энергоемкостью в три раза большей, нежели энергоемкость обычных литий-ионных аккумуляторов, которые можно найти в любом карманном устройстве в окрестностях (не говоря уж о приближающейся волне электромобилей).
Неудивительно, что многие компании, в том числе IBM и General Motors продолжают работу над литий-воздушными батареями. Теперь ученые из МТИ совершили прорыв, который может сделать коммерческую разработку легких аккумуляторных батарей реальностью.
Литий-воздушные (также известные как литий-кислородные) аккумуляторы по принципу действия схожи с литий-ионными. Хотя литий-воздушные батареи электрохимически соединяют литиевый анод с атмосферным кислородом, причем в качестве катода используется углерод, а не тяжелые соединения, обычно находящиеся в литий-ионных аккумуляторах. Это означает, что литий-воздушные батареи могут обладать большей удельной энергоемкостью благодаря более легкому катоду и тому факту, что кислород доступен в окружающей среде, и его не нужно хранит в аккумуляторе.
К сожалению, литий-воздушные батареи не вышли на рынок из-за недостаточного понимания, какие материалы могут использоваться в качестве электродов для электрохимических реакций, идущих в этих аккумуляторах. Теперь, благодаря новому исследованию, проведенному в Массачусетском технологическом институте, установлено, что электроды с золотом или платиной, использующимися в качестве катализаторов, демонстрируют более высокий уровень активности и, таким образом, большую эффективность, чем обычные углеродные электроды. Новая работа дает почву для дальнейших исследований, которые могут привести к созданию еще лучших электродных материалов, возможно, в них будут использоваться сплавы золота, платины или других металлов, или оксиды металлов, или другие, менее дорогостоящие, альтернативы.
Основной автор опубликованной на этой неделе статьи, докторант Ю-Чун Лу, поясняет, что команда ученых из МТИ разработала метод анализа активности различных катализаторов в аккумуляторах, так что теперь можно пользоваться этой разработкой для изучения различных материалов".
«Мы рассмотрим различные вещества и понаблюдаем за тенденциями, - говорит Ю-Чун Лу. - Данное исследование может позволить нам определить физические показатели, которые влияют на активность катализатора. В конце концов, мы сможем предсказывать поведение катализаторов».
С увеличением числа небольших электронных устройств, ставших частью нашей повседневной жизни (не говоря уж о производителях автомобилей, занявшихся производством аккумуляторов для электромобилей), разработка легких аккумуляторных батарей может принести много энергии, что является важным преимуществом. Даже небольшое увеличение удельной энергоемкости увеличивает ресурс аккумулятора в гаджете и расстояние, которое может проехать электромобиль.
Группа разработчиков признает, что существует ряд вопросов, которые нужно решить, прежде чем литий-воздушные батареи станут серийно выпускаемым продуктом.
Литий в металлической форме, используемый в литий-воздушных батареях, становится очень активным в присутствии даже минимальных количеств воды. Это не является проблемой в существующих литий-ионных аккумуляторах, поскольку в качестве отрицательно заряженного электрода в них находится углерод. Шао-Хорн утверждает, что тот же принцип может быть применен без использования металлического лития, графит или другой более стабильный катодный материал может быть взят вместо него, что, по словам ученого, приведет к появлению более стабильной системы.
Но самая большая проблема с разработкой новой системы заключается в том, чтобы сохранить мощность в течении достаточно большого количества циклов «заряд - разряд». Это необходимое условие для использования новых аккумуляторов в электронных устройствах и автомобилях.
Ученым также нужно вникнуть в детали химических реакций, идущих во время процессов заряда и разряда, чтобы выяснить, какие соединения при этом образуются и как они взаимодействуют с остальными частями системы. «Мы в самом начале» понимания, как эти реакции протекают, говорит Шао-Хорн.
Голам-Аббас Назри, ученый из Центра General Motors научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок в Мичигане назвал это исследование «интересным и важным» и добавил, что оно направлено на устранение важного узкого места в разработке этой технологии: необходимости поиска эффективного катализатора. Эта работа «является сдвигом в правильном направлении для понимания роли катализаторов" и "может внести заметный вклад в будущее понимание и разработку литий-воздушных систем».
Некоторые компании, работающие над созданием литий-воздушных аккумуляторов, утверждают, что этот проект, по-видимому, рассчитан на 10 лет, о Шао-Хорн говорит, что пока рано говорить о точных сроках коммерциализации. «Это очень перспективная область, но пока много научных и технических сложностей, которые нужно преодолеть, - добавляет она. - Если новая технология действительно продемонстрирует увеличение энергоемкости в два или три раза по сравнению с существующими литий-ионными аккумуляторами, она в первую очередь найдет применение в таких дорогостоящих электронных устройствах как компьютеры и мобильные телефоны, а уже позже, когда стоимость батарей снизится, в автомобилях».
Источник: popmech
|
