Li-Air: новый тип аккумуляторных батарей большой емкости

Li-воздушная (Li-air) батарея большой емкости с новой структурой была разработана Жоу Хаосен (Zhou Haoshen), руководителем группы по технологиям энергетических систем Научно-исследовательского института энергетических технологий при Национальном институте прогрессивных наук и технологий в промышленности (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST) и Вангом Йонгангом (Wang Yonggang), иностранным научным работником из Японского общества по содействию науке (Japan Society for the Promotion of Science, JSPS).

Хотя литий-ионные батареи широко распространены в мобильных телефонах и ноутбуках, они имеют слишком малую энергетическую плотность для использования в электромобилях. По этой причине литий-воздушные батареи, которые в теории могут еще повысить свою емкость, привлекают внимание как новое поколение батарей большой емкости. Однако существующие литий-воздушные батареи имеют проблемы, такие как накопление твердых продуктов реакций на катоде, что ухудшает контакт между электролитом и воздухом и останавливает разрядку.

Вновь разработанные литий-воздушные батареи используют органический электролит в качестве отрицательного электрода (металлический литий) и электролит на основе воды для положительного электрода (воздух). И эти два электрода отделены твердым электролитом для предотвращения перемешивания. При этом батарея реагирует без каких-либо проблем, поскольку твердый электролит позволяет только ионам лития проходить сквозь него. Продукты реакции на положительном электроде полностью растворяются. В ходе эксперимента был подтвержден непрерывный разряд в 50 000 мА·ч/г.

Эта технология является весьма перспективной для автомобильных батарей. Если водные катодные электролиты можно будет заменять на станции техобслуживания, а анодный металлический литий — поставлять в виде кассет, то автомобили смогут бесконечно ездить, не требуя подзарядки. Металлический литий может быть электрически восстановлен из отработанного водного электролита для повторного использования. Так, в известном смысле, эта батарея — новый тип топливной ячейки, которая использует металлический литий в виде топлива.

Электрические автомобили уже промышленно внедрены в некоторой степени, их удобство использования и снижение издержек, ожидаемые для литий-ионных батарей, будут справедливы при большой автономности — расстоянии, покрываемом на одной подзарядке. Однако существующие литий-ионные батареи имеют ограничения по емкости, чем сокращают дальность безостановочной езды. Для увеличения этого показателя на автомобиль устанавливают большое число батарей, что, однако, приводит к значительному росту цены транспортного средства.

Для содействия более широкому использованию электромобилей требуется повысить текущую энергетическую плотность, как минимум, в 6-7 раз. Поэтому внимание теперь обращено на литий-воздушные батареи, которые теоретически могут быть более энергоемкими, чем литий-ионные.