Puszyste elektrody węglowe zbliżają akumulatory litowo-powietrzne do rzeczywistości

Dziesięć razy więcej energii niż jonów litowych - ale wciąż dziesięć lat taniej: puszysta elektroda węglowa przybliżyła naukowców z Cambridge University o krok do wyprodukowania działającej baterii litowo-powietrznej, ale pozostaje wiele technicznych wyzwań.

Dzisiejsze baterie litowo-jonowe są lekkie, ale nieporęczne dla ładowanego przez nie ładunku. Inne rodzaje chemii akumulatorów mają większą gęstość energii. Od lat naukowcy szukają sposobów na wyprodukowanie akumulatorów z wszystkimi zaletami Li-ion, ale zajmują one mniej miejsca.

Akumulatory litowo-powietrzne o teoretycznej gęstości energii dziesięciokrotnie większej niż Li-ion są postrzegane jako droga naprzód, ale modele eksperymentalne do tej pory okazały się niestabilne, ze słabym współczynnikiem ładowania lub rozładowania i niską efektywnością energetyczną. Co gorsza, mogą one pracować wyłącznie w czystym tlenie, co czyni je niepraktycznymi do użycia w normalnej atmosferze.

Problem atmosferyczny jest wciąż nierozwiązany, ale w artykule opublikowanym w piątek w Science, naukowcy z Cambridge University opisują, w jaki sposób rozwiązali niektóre problemy związane ze stabilnością i wydajnością, dodając jodek litu i stosując puszystą elektrodę węglową wykonaną z arkuszy grafenu.

Elektrody dodatnie i ujemne w akumulatorach litowo-jonowych są wykonane odpowiednio z tlenku metalu i grafitu. Sól litowa rozpuszczona w rozpuszczalniku organicznym działa jak elektrolit, niosąc jony litu pomiędzy dwiema elektrodami.

W akumulatorach litowo-powietrznych opracowanych przez Tao Liu, Clare P. Gray i współpracowników w Cambridge, elektroda węglowa wykonana jest z porowatą postać grafenu.

Zdecydowali się na ładowanie ładunku przez tworzenie i usuwanie krystalicznego wodorotlenku litu (LiOH) zamiast nadtlenku litu stosowanego w innych konstrukcjach baterii litowo-powietrznych.

Dodając jodek litu, byli oni w stanie uniknąć wiele niechcianych reakcji chemicznych, które powoli zatruwały poprzednie projekty. Poprawiło to stabilność ogniwa nawet po wielokrotnych cyklach ładowania i rozładowywania. Do tej pory udało im się naładować ogniwo 2000 razy.

To i inne ulepszenia do ich konstrukcji pozwoliły im zachować lukę napięcia między ładowaniem i rozładowaniem w linii z ogniwami Li-ion, około 0,2 woltów, w porównaniu do 0,5-1 V dla innych projektów z litem. To, jak mówią, sprawia, że ​​ich ogniwo jest w 93 procentach energooszczędne.

Nadal istnieje wiele problemów do rozwiązania, zanim bateria wejdzie do produkcji komercyjnej. Jego pojemność w dużym stopniu zależy od szybkości ładowania i rozładowania, a ponadto jest podatna na tworzenie dendrytów, włókien czystego litu, które mogą spowodować zwarcie elektrody akumulatora i spowodować eksplozję. Istnieje również problem z powietrzem, który zawiera azot, dwutlenek węgla i parę wodną oprócz czystego tlenu, którego potrzebuje komórka doświadczalna.