Литий-воздушные аккумуляторы становятся эффективнее и дешевле

Потенциально, не так давно разработанные литий-воздушные аккумуляторы (Solid Oxygen battery), должны быть емкими, легкими и долговечными. Но на практике, существующие на сегодняшний день прототипы, слишком сложный в производстве, недолговечны и имеют намного меньшую удельную емкость по сравнению с другими типами элементов питания. Тем не менее, разработки в этой области ведутся, и одна из них может существенно поправить ситуацию.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую структуру литий-воздушных элементов питания, которая проще а, следовательно, и дешевле в производстве. Кроме того, как показали исследования, новые батареи имеют еще и высокую производительность в расчете на единицу массы.

Литий-воздушные батареи по сравнению с другими типами аккумуляторов, не полностью герметичны, так как в процессе работы требуют постоянного притока кислорода извне. В самой батарее во время ее заряда кислород переходит из газообразного состояния в твердое, связываясь с литием. В процессе разряда кислород обратно преобразуется в газообразное состояние.

Такая конструкция неэффективна по нескольким причинам. Во-первых, она должна обеспечивать фильтрацию воздуха, чтобы внутрь не попадал углекислый газ, также в избытке находящийся в атмосфере. Во-вторых, напряжение батареи составляет 2,5 В, а не 3,7 В, как у других литиевых элементов. Это накладывает ряд ограничений и неудобств. Например, нужно использовать либо специальную зарядку, либо смириться с потерей примерно 30 % энергии впустую (на нагрев) при использовании обычной. И в-третьих, постоянная смена агрегатного состояния кислорода приводит к значительным механическим нагрузкам на структуру аккумулятора, в результате чего она достаточно быстро разрушается.

В новой батарее исследователей из Массачусетского института кислород постоянно находится в твердом состоянии – в специальной камере катода. Связываясь с литием, он образует стеклоподобный материал. Отдельные молекулы этого материала, в свою очередь, заключены в оксид кобальта, образуя некую наноструктуру. Эта структура, по сути, является своеобразным катализатором всех химических реакций, происходящих в аккумуляторе.

В результате получается более простая, легкая и эффективная батарея. Испытания показали, что после 130 циклов заряд/разряда происходит лишь 2%-ная потеря первоначальной емкости. Это, конечно же, не самый лучший показатель, но все же потенциал прослеживается. Кроме этого новые батареи способны выдерживать очень интенсивный заряд и поэтому как никакие другие подходят для использования в электрических транспортных средствах.

До конца года исследователи надеются создать действующий прототип, чтобы более конкретно говорить об электрических характеристиках своего аккумулятора.

Источник информации: Массачусетский технологический институт (http://news.mit.edu/)