Как улучшить литий-воздушные батареи?

31.10.13 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 983

Повысить эффективность аккумуляторов предлагается путём добавления в углеродный катод каталитических наночастиц оксида рутения. Литий-воздушные батареи (Li–O2) считаются перспективным средством аккумуляции энергии, которое может потеснить своих предшественников в различных областях. Такие источники питания способны запасать в несколько раз больше энергии на единицу веса, чем традиционные литий-ионные накопители. Однако коммерциализация технологии пока затруднена, поскольку ещё не найден способ эффективной перезарядки батарей.

Решение проблемы предложили исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония).

Особенностью элементов Li–O2 является катод из пористого материала (например, углеродных нанотрубок), который заменяет катод из оксидов тяжёлых металлов, применяющийся в обычных литий-ионных аккумуляторах. Пористая субстанция запасает находящийся в воздухе кислород. При разряде ионы лития движутся с литиевого анода через электролит и вступают в реакцию с кислородом, образуя пероксид лития (Li2O2). Одновременно с анода на катод движутся электроны, что в итоге и даёт ток.

Для повторной зарядки батареи непроводящие кристаллы Li2O2 должны быть подвергнуты реакции разложения, однако этот процесс значительно укорачивает жизнь элемента питания из-за необходимости применения высокого напряжения.

Для повышения эффективности перезарядки батарей японские учёные предлагают добавлять в углеродный катод каталитические наночастицы оксида рутения (RuO2). Эксперименты показали, что композитный катод на основе углеродных нанотрубок и частиц RuO2 позволяет значительно снизить напряжение перезарядки и тем самым увеличить срок службы батарей.

Чтобы понять, почему это происходит, использовались различные методы анализа, в частности рентгеновская абсорбционная спектроскопия и электронная микроскопия.

Опыты показали, что пероксид лития, осаждённый на нанотрубках с частицами оксида рутения, имеет аморфную структуру, что нехарактерно для обычных литий-воздушных батарей. При использовании традиционных катодов на углеродных нанотрубках пероксид лития осаждается в виде кристаллов в форме кольца (см. изображение выше). При добавлении наночастиц оксида рутения бесформенный слой пероксида лития покрывает всю нанотрубку. Это увеличивает площадь контакта с катодом, что делает возможной реакцию разложения при меньшей энергии. В итоге эффективность аккумулятора повышается.

Результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

Источник: RIKEN

Метки:: RIKEN, воздушно-литиевые батареи, Института физико-химических исследований RIKEN, литиево-воздушный аккумулятор, литиевые источники тока, литий-воздушные батареи, литий-воздушный аккумулятор, нанотехнологии, Япония