Для повышения эффективности работы аккумуляторов ученые пытаются не только улучшать существующие схемы электрохимических ячеек за счет модификации состава и структуры электродов или электролита, но и ищут другие более выгодные окислительно-восстановительные реакции, которые происходят при зарядке и разрядке аккумулятора.
Одним из наиболее перспективных вариантов замены наиболее популярным сейчас литий-ионным батареям считаются литий-воздушные химические источники тока. Эти батареи основаны на реакции лития с кислородом с образованием пероксида лития Li2O2, и по теоретическим оценкам обладают максимальной из известных батарей удельной энергией — около 40 мегаджоулей на килограмм, что примерно в 5 раз больше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов.
Ученые утверждают, что это фактически первый эффективно работающий прототип литий-воздушного аккумулятора, который способен на такую долгую циклическую работу. Поэтому предложенная архитектура электрохимической ячейки, по мнению авторов работы, — очень важный шаг на пути к созданию литиевых источников тока нового поколения со значительно более высокими, чем у нынешних аккумуляторов, показателями удельной плотности энергии.
Если литий-воздушные батареи — пока только возможное будущее электрохимических источников тока, то наиболее популярные из современных аккумуляторов — литий-ионные батареи. Для повышения их эффективности, безопасности и расширения диапазона условий надежной работы ученые постоянно ищут новые материалы для электродов и электролитов. Например, недавно ученым впервые удалось создать литий-ионный аккумулятор, который работает при −70 градусах Цельсия. Другая группа исследователей нашла способ получать эффективные растягиваемые батареи. А до этого для повышения безопасности в литий-ионные аккумуляторы встроили мембрану с функциями огнетушителя.
Одна из областей, в которых преимущества Li-воздушных аккумуляторов очевидны — электромобили. Сейчас они питаются от Li-ion батарей, производителям приходится балансировать между их энергоемкостью, весом и ценой. «В самых продвинутых Li-ion аккумуляторах запасается всего 180-190 ватт-часов на кг веса (в 1 кг бензина — около 10 киловатт-часов). Кроме того, Li-ion аккумулятор, способный запасать 1 киловатт-час, стоит больше 1000 долларов», — говорит Даниил Иткис, кандидат химических наук, научный руководитель и член совета директоров компании FM Lab. Предполагается, что Li-воздушные аккумуляторы позволят запасать больше энергии при меньшем весе и меньшей стоимости.
