Китайский прорыв в области литий-воздушных аккумуляторов: срок службы — 960 часов, эффективность — 95,8%
Литий-воздушные батареи, известные своим потенциалом хранить гораздо больше энергии, чем обычные литий-ионные батареи, столкнулись с практическими проблемами, такими как короткий срок службы и теоретические ограничения производительности.
Прорыв китайской исследовательской группы заключается в добавлении растворимого катализатора в электролит батареи, который служит окислительно-восстановительным посредником для улучшения переноса заряда и предотвращения пассивации электродов.
Литий -воздушные (LiO2) батареи достигают очень низкого напряжения 0,52 В и исключительной стабильности циклирования, длящейся более 960 часов. Кроме того, выход Li2O2 до 95,8 процентов подтверждает эффективное и обратимое образование и распад Li2O2 без побочных реакций.
По словам группы из Даляньского института химической физики Китайской академии наук (CAS), эта инновация может проложить путь к более жизнеспособным решениям для хранения энергии с высокой емкостью.
Преодоление ограничений батареи
Аккумуляторы Li-O2 предлагают другой подход к хранению энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Вместо перемещения ионов лития между двумя электродами, аккумуляторы Li-O2 используют металлический литий-анод.
Ионы лития рассеиваются от анода во время разряда и попадают в пористый катод, где они реагируют с окружающим кислородом, образуя пероксид лития (Li2O2). Процесс обратный при зарядке: ионы лития возвращаются к аноду, поскольку металлический литий и кислород высвобождаются. Хотя эта конструкция имеет потенциал для хранения гораздо большего количества энергии, реальные препятствия ограничили ее использование.
Перенапряжение является значительной проблемой, поскольку оно замедляет основные реакции, которые производят и разрушают Li2O2. Низкая проводимость этого соединения и медленное образование и разрушение приводят к неэффективности. Производительность еще больше затрудняется порами катода, которые часто засоряются продуктами реакции.
Более того, высокие напряжения, необходимые для генерации кислорода, могут привести к деградации электролита и вызвать нежелательные побочные реакции. Эти проблемы приводят к значительной потере производительности, ограничивая срок службы батареи всего несколькими циклами заряда/разряда.
Преодоление этих проблем имеет решающее значение для реализации обещаний батарей Li-O2 как превосходного решения для хранения энергии, при этом текущие исследования направлены на повышение эффективности и долговечности.
Катализатор увеличивает срок службы
Исследовательская группа представила новую соль имидазола иодида, 1,3-диметилимидазолия иодид (DMII), в качестве катализатора и окислительно-восстановительного посредника для улучшения производительности и срока службы литий-воздушных аккумуляторов.
Во время операций разряда и заряда ионы иодида соли (I−) могут легко переходить в I3− и обратно, обмениваясь электронами. Этот окислительно-восстановительный процесс снижает перенапряжение катода, ускоряет реакции, улучшает перенос заряда и увеличивает разрядную емкость аккумулятора.
Ионы DMI+, которые имеют особую кольцевую форму из трех атомов углерода и двух атомов азота, что позволяет свободно перемещаться электронам, также присутствуют в соли DMII. Эффективно «захватывая» ионы лития во время разряда и перенося их на кислород на катоде, эти ионы повышают эффективность процесса.
Кроме того, избегая прямого контакта электролита с поверхностью лития, ионы DMI+ образуют на аноде тонкую, но невероятно стабильную интерфейсную пленку, защищая его.
По словам исследователей, электрохимические испытательные ячейки показали замечательные результаты, включая очень низкое перенапряжение 0,52 В, исключительную циклическую стабильность, превышающую 960 часов, и высокообратимое образование и распад пероксида лития (Li2O2) без нежелательных побочных реакций.
По словам команды, этот прорыв представляет собой значительный шаг к созданию долговечных, высокоемких Li-O2-аккумуляторов. Это стабилизирует анод и продлевает срок службы аккумулятора за счет снижения распада электролита и побочных реакций.
Подробная информация об исследовании группы была опубликована в журнале Wiley Online Journal.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения