Плотность энергии литий-воздушного аккумулятора в 4 раза превзошла плотность литий-ионного
Ally Winning
Одной из наиболее распространенных причин, по которым потребители отказываются от покупки электромобилей, является их запас хода. В этом плане за последние несколько лет ситуация улучшилась: электромобили без подзарядки проезжают больше и заряжаются быстрее. Тем не менее, сохраняется мнение, что 300-400 миль – это недостаточно далеко, хотя подавляющее большинство автомобильных поездок короче 10 миль. Каким должен быть идеальный показатель запаса хода для электромобиля? 1,000 миль? Если столько, то благодаря новой разработке эта цифра может стать реальностью.
Группа исследователей из Иллинойского технологического института (IIT) и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработала литий-воздушный аккумулятор, который может позволить проехать на одной зарядке более 1000 миль. Плотность энергии нового аккумулятора также может сделать его пригодным для других новых приложения, например, для питания двигателей самолетов.
Показанный на схематическом изображении элемент литий-воздушной аккумуляторной
батареи состоит из металлического литиевого анода, катода на воздушной основе и
твердого керамико-полимерного электролита (ceramic polymer electrolyte, CPE). При разряде
и заряде ионы лития (Li+) переходят от анода к катоду и обратно.
Новый аккумулятор основан на литий-воздушной химии, но в отличие от других конструкций литий-воздушных аккумуляторов в нем используется твердый электролит. Исследовательская группа утверждает, что новый химический состав аккумулятора может повысить плотность энергии в четыре раза по сравнению с существующими литий-ионными конструкциями. Твердый электролит дает еще одно преимущество – он делает батарею гораздо более безопасной, поскольку исключает возможность самопроизвольного воспламенения. Кроме того, твердый электролит не может вытекать.
В современных конструкциях литий-воздушных аккумуляторов литий металлического анода проходит через жидкий электролит, чтобы во время разряда соединиться с кислородом, образуя на катоде пероксид лития (Li2O2) или супероксид (LiO2) лития. Во время зарядки пероксид или супероксид лития снова распадается на литий и кислород. Это позволяет аккумулятору накапливать и по мере необходимости отдавать энергию. Недавно разработанный твердый электролит состоит из керамического полимерного материала, изготовленного из наночастиц относительно недорогих элементов. Этот новый твердый электролит позволяет проводить химические реакции, в результате которых при разряде образуется оксид лития (Li2O).
Новая конструкция является первым литий-воздушным аккумулятором, в котором при комнатной температуре реализована четырехэлектронная реакция. Необходимый кислород аккумулятор забирает из воздуха окружающей среды. Такая возможность позволяет уйти от необходимости использования кислородных баллонов, что было проблемой для более ранних конструкций. Команда использовала множество различных методов, чтобы определить, была ли происходившая реакция четырехэлектронной. Одним из них была просвечивающая электронная микроскопия продуктов разряда на поверхности катода, проводившаяся в Центре наноразмерных материалов Аргонны.
«В химической реакции супероксида или пероксида лития участвуют только один или два запасаемых электрона на молекулу кислорода, тогда как в реакции оксида лития участвуют четыре электрона», – сказал химик из Аргонны Рашид Амин. Большее количество сохраненных электронов означает более высокую плотность энергии.
Одним из больших недостатков литий-воздушных элементов до сих пор был очень короткий срок службы. Исследовательская группа, разработавшая новую конструкцию, построила и эксплуатировала тестовый элемент, показав, что он проработал 1000 циклов, демонстрируя стабильность при многократной зарядке и разрядке.
Плотность энергии литий-воздушного аккумулятора в 4 раза превзошла плотность литий-ионного
Ally Winning
Одной из наиболее распространенных причин, по которым потребители отказываются от покупки электромобилей, является их запас хода. В этом плане за последние несколько лет ситуация улучшилась: электромобили без подзарядки проезжают больше и заряжаются быстрее. Тем не менее, сохраняется мнение, что 300-400 миль – это недостаточно далеко, хотя подавляющее большинство автомобильных поездок короче 10 миль. Каким должен быть идеальный показатель запаса хода для электромобиля? 1,000 миль? Если столько, то благодаря новой разработке эта цифра может стать реальностью.
Группа исследователей из Иллинойского технологического института (IIT) и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработала литий-воздушный аккумулятор, который может позволить проехать на одной зарядке более 1000 миль. Плотность энергии нового аккумулятора также может сделать его пригодным для других новых приложения, например, для питания двигателей самолетов.
батареи состоит из металлического литиевого анода, катода на воздушной основе и
твердого керамико-полимерного электролита (ceramic polymer electrolyte, CPE). При разряде
и заряде ионы лития (Li+) переходят от анода к катоду и обратно.
Новый аккумулятор основан на литий-воздушной химии, но в отличие от других конструкций литий-воздушных аккумуляторов в нем используется твердый электролит. Исследовательская группа утверждает, что новый химический состав аккумулятора может повысить плотность энергии в четыре раза по сравнению с существующими литий-ионными конструкциями. Твердый электролит дает еще одно преимущество – он делает батарею гораздо более безопасной, поскольку исключает возможность самопроизвольного воспламенения. Кроме того, твердый электролит не может вытекать.
В современных конструкциях литий-воздушных аккумуляторов литий металлического анода проходит через жидкий электролит, чтобы во время разряда соединиться с кислородом, образуя на катоде пероксид лития (Li2O2) или супероксид (LiO2) лития. Во время зарядки пероксид или супероксид лития снова распадается на литий и кислород. Это позволяет аккумулятору накапливать и по мере необходимости отдавать энергию. Недавно разработанный твердый электролит состоит из керамического полимерного материала, изготовленного из наночастиц относительно недорогих элементов. Этот новый твердый электролит позволяет проводить химические реакции, в результате которых при разряде образуется оксид лития (Li2O).
Новая конструкция является первым литий-воздушным аккумулятором, в котором при комнатной температуре реализована четырехэлектронная реакция. Необходимый кислород аккумулятор забирает из воздуха окружающей среды. Такая возможность позволяет уйти от необходимости использования кислородных баллонов, что было проблемой для более ранних конструкций. Команда использовала множество различных методов, чтобы определить, была ли происходившая реакция четырехэлектронной. Одним из них была просвечивающая электронная микроскопия продуктов разряда на поверхности катода, проводившаяся в Центре наноразмерных материалов Аргонны.
«В химической реакции супероксида или пероксида лития участвуют только один или два запасаемых электрона на молекулу кислорода, тогда как в реакции оксида лития участвуют четыре электрона», – сказал химик из Аргонны Рашид Амин. Большее количество сохраненных электронов означает более высокую плотность энергии.
Одним из больших недостатков литий-воздушных элементов до сих пор был очень короткий срок службы. Исследовательская группа, разработавшая новую конструкцию, построила и эксплуатировала тестовый элемент, показав, что он проработал 1000 циклов, демонстрируя стабильность при многократной зарядке и разрядке.
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман