Будущее, основанное на возобновляемых источниках энергии, — это амбициозная цель, которая станет достижимой с помощью совершенных технологий хранения энергии. Литий-ионные батареи стали стандартом в современных устройствах и электромобилях, но их низкая надежность и быстрая потеря емкости делают их сомнительным выбором для нашего зеленого будущего. Ученые из Венского технологического университета разработали альтернативу. Новый кислородный аккумулятор команды не имеет такой же плотности энергии, как литий-ионный, но он намного безопаснее и стабильнее.
Батареи на основе лития не являются единственным возможным источником питания для батарей с обратимым восстановлением — также рассматривались альтернативы, такие как натрий и магний. Однако ни один из традиционных вариантов не предлагает лучшей производительности или характеристик, чем литий. И использование лития в будущей интеллектуальной сети — рискованное предложение. Во-первых, литий и кобальт, необходимые для литий-ионных аккумуляторов, дороги и редки. Литий-ионные аккумуляторы также имеют привычку перегреваться и возгораться, если они повреждены или хранятся в условиях высокой температуры.
Согласно IEEE Spectrum, в кислородно-ионных батареях используется тот же механизм заряда-разряда, что и в литий-ионных — кислород просто заменяет литий. При подаче напряжения ионы кислорода мигрируют к электроду, поглощающему кислород, для накопления энергии. Во время разряда кислород течет в другом направлении, создавая ток. Австрийские исследователи измерили плотность энергии в 140 милливатт-часов на кубический сантиметр, что составляет около 30% литий-иона. Однако у таких батарей есть свои плюсы.
Диаграмма плотности энергии и мощности для различных аккумуляторных технологий.
Исследовательская группа, возглавляемая Александром Шмидом, построила небольшую лабораторную версию этой системы (см. выше), подтвердив, что она все еще работает после 1000 циклов зарядки. Однако они считают, что кислородно-ионная ячейка может работать намного дольше, потенциально до сотен тысяч циклов. Потеря емкости в литий-ионных элементах часто происходит из-за отклонения ионов в результате побочных реакций и паразитного тока. То же самое произошло бы и в кислородно-ионных системах, но в воздухе много кислорода. В будущем ученые найдут способ "освежить" эти батареи атмосферным кислородом, чтобы заменить потерянные ионы.
Кислородно-ионная батарея также перспективна как часть зеленой энергетической сети, потому что она менее чувствительна, чем литий-ионные элементы. Команда говорит, что эта новая батарея может нормально работать при температуре 200-400 градусов по Цельсию. Твердый электролит внутри не воспламеняется, что делает его идеальным для использования в электроэнергетике и хранилищах. Даже при более низкой плотности энергии, технология кислород-ион может оказаться более доступной по цене — содержащиеся внутри материалы, такие как железо, кальций и хром, в изобилии и стабильны.
