Учёные уточнили начинку ультраёмкого аккумулятора

Литиево-кислородные батареи (Li–O₂), также именуемые воздушно-литиевыми, способны втрое превзойти по плотности упаковки энергии лучшие нынешние аккумуляторы. Что нужно сделать, чтобы раскрыть этот потенциал, выяснила группа экспериментаторов из Массачусетского технологического института (MIT).

Для оценки влияния разных составляющих на эффективность литиево-кислородной ячейки, авторы работы построили опытный прототип. Трубки служат для подвода и отвода воздуха (фото Patrick Gillooly/MIT).

О принципе работы литиево-кислородной батареи и ряде тонкостей её устройства мы рассказывали детально. Напомним лишь главное: отдавая ток, в такой системе литий окисляется кислородом из окружающего воздуха, а при зарядке аккумулятора происходит восстановление металла с выпуском кислорода наружу.

Над такими устройствами сейчас работают в ряде лабораторий и компаний. Но прежде, чем технология окажется на рынке, учёным предстоит решить много вопросов инженерного и научного характера. Комплекс реакций, протекающих в такой батарее с участием катализаторов, довольно сложен. Влияет на результат и материал электродов. Количество циклов заряда-разряда также вызывает вопросы.

Однако, теоретическая плотность энергии у Li–O₂-ячеек примерно на порядок выше, чем у классических литиевых, а реальные серийные изделия могли бы показать в 2-3 раза большую удельную ёмкость, что тоже оказалось бы огромным скачком вперёд, революцией в мире портативной электроники и электромобилей.

Специалисты MIT "расследовали" одну из составляющих этих перспективных устройств и открыли, что сочетание в роли катализатора золота и углерода либо платины и углерода позволяет Li–O₂-батарее принимать и отдавать энергию намного быстрее, чем в случае с простыми углеродными электродами. Также учёные раскрыли ряд особенностей поведения такой системы, которые в дальнейшем, возможно, позволят подобрать более дешёвые, но не менее эффективные заменители золота и платины.

Учёные выяснили, что катализатор из золота и углерода наиболее сильно позволяет подстегнуть активность электрохимической Li–O₂-ячейки во время разряда (фактически – поднять её удельную мощность), а платина с углеродом, напротив, помогает наиболее быстро заряжать такую батарею (фото Patrick Gillooly/MIT).

Подробности новой работы можно найти в статье в Electrochemical and Solid-State Letters.