Поместить больше энергии в батареи — это ключ к созданию электромобилей с более долгим пробегом, смартфонов с «вечным» зарядом и дешевой электроникой кругом и всюду. Литий-кислородные батареи представляют собой один из самых многообещающих путей развития в этом направлении. Они могут увеличить плотность энергии на несколько порядков по сравнению с традиционными литий-ионными батареями — по крайней мере, в теории. В работе, опубликованной вчера в журнале Science, ученые из Университета Ватерлоо выяснили, как разрешить самые большие препятствия на пути к становлению этих батарей в роли коммерческой реальности.
В чем была загвоздка? Самое главное: когда литий-кислородные батареи разряжались, кислород превращался в супероксид и затем в пероксид лития, реактивные компоненты, которые разъедали батарею со временем. Это, в свою очередь, ограничивало ее способности к перезарядке — и возможное полезное применение.
Когда у нас будут батареи получше?
Что изменилось? Для решения это проблемы, ученые перешли от углеродного катода к катоду из оксида никеля при поддержке сетки из нержавеющей стали. Также в качестве электролита использовалась плавленая соль — электролит позволяет положительно заряженным ионам перемещаться между электродами — и подняли рабочую температуру батареи до 150 градусов Цельсия. Это позволило увеличить число циклов зарядки почти в три раза по сравнению с обычныеми литий-кислородными вариантами. Также ученым удалось увеличить содержание энергии на единицу массы более чем на 50%.
«Это открытие подчеркивает огромные возможности — создать новые технологии батарей, которые потенциально смогут бросить вызов литий-ионным батареям и другим методам хранения», пишут ученые.