Новые исследования материаловедения

Национальный институт материаловедения в сотрудничестве разработал технологию, позволяющую подавить деградацию литий-воздушных батарей, также известных как идеальные аккумуляторы. Вкладывая тонкий лист из твердого электролита между положительным и отрицательным электродами, литий, используемый в отрицательном электроде, защищается, удваивая срок его службы. Цель состоит в том, чтобы еще больше продлить срок службы батареи и использовать ее на практике в качестве источника энергии для беспилотников и других приложений.

Литий-воздушные батареи - это батареи нового поколения, в которых в качестве положительного электрода используется кислород, взятый из воздуха, а в качестве отрицательного электрода - литий. Ожидается, что плотность энергии на единицу веса будет в несколько раз выше, чем у обычных литий-ионных батарей. Во время разряда литий растворяется на аноде и реагирует с кислородом на катоде, образуя пероксид лития. При зарядке пероксид лития разлагается, выделяя кислород, который возвращается в литий на аноде.

В прошлом НИМС и другие исследовательские группы разработали литий-воздушные батареи с плотностью энергии 500 ватт-часов на килограмм. Эта плотность энергии более чем в два раза превышает плотность энергии современных литий-ионных батарей, однако существовала проблема, связанная с падением емкости до менее чем 80% после примерно 10 циклов заряда-разряда.

Наблюдение за батареей под электронным микроскопом после многократной зарядки и разрядки показало, что толщина лития, используемого для отрицательного электрода, уменьшилась вдвое. Анализ газов внутри батареи показал, что вода и углекислый газ (CO2), образующиеся в результате реакции с электролитом и другими веществами на положительном электроде, перешли на отрицательный электрод, разрушив его.

Поэтому между катодом и анодом был помещен тонкий защитный лист, чтобы предотвратить утечку веществ, разрушающих анод, из катода в анод. Защитный лист изготовлен из твердого электролита оксидного типа, обработанного до толщины 6 микро (микро - одна миллионная часть метра) метров. Он пропускает ионы лития, необходимые для выработки электроэнергии, но не пропускает воду или CO2.