Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Литий-воздушный аккумулятор, сравнимый по плотности энергии с бензином, может стать революционным решением, которого так долго ждали электромобили.
В рамках значительного достижения в области хранения энергии нового поколения исследователи создали литий-воздушный аккумулятор (тип батареи, использующий кислород из окружающего воздуха в качестве окислителя).
В будущем он сможет конкурировать с бензином по плотности энергии (количеству энергии, хранимому в единице массы), предлагая до 4-раз большую ёмкость по сравнению с современными литий-ионными батареями. В случае масштабной реализации эта технология преобразует всё — от электромобилей до систем хранения энергии в электросетях.
Это передовое достижение основано на реализации четырёхэлектронной химической реакции — процесса, который ранее никогда не удавалось совершить в литий-воздушном аккумуляторе, работающем при комнатной температуре.Аккумуляторы из древесных опилок – 60% ёмкости после 10 000 циклов
Преодоление электронного барьера
Это важно, поскольку большинство литиевых аккумуляторов до сих пор могли использовать только одно- или двухэлектронные реакции, что ограничивало количество накапливаемой ими энергии.
Традиционно литий-воздушные аккумуляторы производили супероксид лития (LiO₂) или пероксид лития (Li₂O₂), оба из которых ограничивают выход энергии. Новая конструкция аккумулятора преодолевает этот барьер, обеспечивая образование и разложение оксида лития (Li₂O) — реакционного пути, который позволяет хранить гораздо больше энергии.
Ключевым элементом этого прорыва является разработка твёрдого электролита (твёрдого материала, проводящего ионы, который заменяет горючие жидкие аналоги) со встроенными наночастицами, богатыми литием.
Этот композитный электролит, созданный на основе керамико-полиэтиленоксидной полимерной матрицы, заменяет легковоспламеняющиеся жидкие электролиты, используемые в традиционных конструкциях аккумуляторов.
Высокая мощность и пожаробезопасность
Устраняя риск утечки или возгорания, новая твердотельная конфигурация не только повышает безопасность, но и стабилизирует электрохимические процессы в аккумуляторе, что необходимо для поддержания более энергоёмких реакций в течение длительного времени.
В основе этой химии лежит мощный катализатор (вещество, ускоряющее реакцию): фосфид тримолибдена (Mo₃P). Этот катализатор способствует критически важному четырёхэлектронному переносу, обеспечивая при этом стабильность реакции в течение длительного использования.
По словам исследователей, такой аккумулятор выдерживает не менее 1000 циклов зарядки-разрядки при комнатной температуре без значительной деградации — это важнейший рубеж для практической жизнеспособности.
Для подтверждения того, что желаемая реакция действительно происходит, команда исследователей использовала криогенную просвечивающую электронную микроскопию (метод детального изучения материалов при сверхнизких температурах).
Их анализ подтвердил обратимое образование и разложение оксида лития, тем самым подтвердив успех четырёхэлектронной реакции.
Этот работающий при комнатной температуре литий-воздушный аккумулятор переосмысливает возможности аккумуляторных технологий. С прогнозируемой плотностью энергии в 1200 ватт-часов на килограмм, в настоящее время он обладает самым высоким потенциалом среди всех известных технологий перезаряжаемых аккумуляторов.
Последствия этого открытия огромны. В случае коммерциализации эта разработка может радикально увеличить запас хода электромобилей, одновременно значительно уменьшив вес и размер батарей.
Она также может обеспечить более эффективное и безопасное хранение энергии от прерывистых возобновляемых источников, как солнце и ветер, что является важным требованием для устойчивой энергетической сети.
Поддержанная мощной коалицией источников финансирования, включая Министерство энергетики США, эта работа закладывает основу для нового поколения безопасных, высокоёмких аккумуляторов, работающих при комнатной температуре, которые могут обеспечить энергией более чистый, электрифицированный мир.
Поделись видео: