Новости перспективных технологий

Как улучшить литий-воздушные батареи?

Фото с сайта compulenta.computerra.ru

Литий-воздушные батареи (Li–O2) считаются перспективным средством аккумуляции энергии, которое может потеснить своих предшественников в различных областях. Такие источники питания способны запасать в несколько раз больше энергии на единицу веса, чем традиционные литий-ионные накопители. Однако коммерциализация технологии пока затруднена, поскольку ещё не найден способ эффективной перезарядки батарей.

Решение проблемы предложили исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония).

Пероксид лития, осаждённый на катоде на углеродных нанотрубках без добавлении наночастиц оксида рутения...

Особенностью элементов Li–O2 является катод из пористого материала (например, углеродных нанотрубок), который заменяет катод из оксидов тяжёлых металлов, применяющийся в обычных литий-ионных аккумуляторах. Пористая субстанция запасает находящийся в воздухе кислород. При разряде ионы лития движутся с литиевого анода через электролит и вступают в реакцию с кислородом, образуя пероксид лития (Li2O2). Одновременно с анода на катод движутся электроны, что в итоге и даёт ток.

Для повторной зарядки батареи непроводящие кристаллы Li2O2 должны быть подвергнуты реакции разложения, однако этот процесс значительно укорачивает жизнь элемента питания из-за необходимости применения высокого напряжения.

...И с добавлением (здесь и выше изображения RIKEN).

Для повышения эффективности перезарядки батарей японские учёные предлагают добавлять в углеродный катод каталитические наночастицы оксида рутения (RuO2). Эксперименты показали, что композитный катод на основе углеродных нанотрубок и частиц RuO2 позволяет значительно снизить напряжение перезарядки и тем самым увеличить срок службы батарей.

Чтобы понять, почему это происходит, использовались различные методы анализа, в частности рентгеновская абсорбционная спектроскопия и электронная микроскопия.

Опыты показали, что пероксид лития, осаждённый на нанотрубках с частицами оксида рутения, имеет аморфную структуру, что нехарактерно для обычных литий-воздушных батарей. При использовании традиционных катодов на углеродных нанотрубках пероксид лития осаждается в виде кристаллов в форме кольца (см. изображение выше). При добавлении наночастиц оксида рутения бесформенный слой пероксида лития покрывает всю нанотрубку. Это увеличивает площадь контакта с катодом, что делает возможной реакцию разложения при меньшей энергии. В итоге эффективность аккумулятора повышается.

Результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам RIKEN.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru.

Автор оригинального текста: Владимир Парамонов.