Дышащие аккумуляторы могут хранить до 10 раз больше энергии

Но химики из Великобритании утверждают, что есть способ преодолеть угрожающий барьер энергетической ёмкости – позволить батареям “дышать” кислородом из воздуха.

Стандартная литиево-ионная батарея содержит графит в качестве отрицательного электрода и литиевый оксид кобальта в качестве положительного электрода, а так же электролит, содержащий литиевую соль. Ионы лития движутся между двумя электродами во время зарядки и разрядки, посылая электроны по внешней цепи, питая гаджет электроэнергией.

Проблема такой конструкции, считает Питер Брюс из университета Сент-Эндрюса, в том, что литиевый оксид кобальта тяжёлый и объёмный. Основным препятствием повышения энергетической плотности этих аккумуляторов по его мнению является положительный электрод. Каждый хочет найти способ повысить количество лития в них, что увеличит ёмкость.

Глоток свежего воздуха

Ответ, как полагает учёный, заключается в заимствовании идеи из цинко-воздушных аккумуляторов, которые получают свою энергию благодаря реакции цинка и кислорода из воздуха. Итак, совместно с коллегами из университетов Стратклайда и Ньюкасла Брюс начал проектировать литиево-воздушный аккумулятор.

Новый аккумулятор обладает более высокой энергетической плотностью, чем существующие литиево-ионные батареи, благодаря тому, что он больше не содержит тяжёлый литиевый оксид кобальта. Вместо этого положительный электрод состоит из лёгкого пористого углерода, а ионы лития запакованы в электролит, который погружён в пористый материал.

Когда батарея разряжается, кислород из воздуха проникает сквозь мембрану (см. изображение) в пористый углерод, где он вступает в реакцию с ионами лития в электролите и электронами из внешней цепи, формируя твёрдый оксид лития.

(Фото: Peter Bruce/EPSRC)

Прототип устройства группы исследователей имеет соотношение ёмкость-вес 4000 миллиампер часов на грамм – в восемь раз больше, чем аккумулятор для сотового телефона. Возможно даже десятикратное улучшение, но доработка традиционных литиево-ионных устройств приведёт лишь к удвоению ёмкости, утверждает Брюс.

На данном этапе учёным необходимо глубже изучить процесс, который имеет место в новой батарее. Это может помочь в оптимизации технологии, чтобы в дальнейшем она могла стать рентабельным продуктом.

Сейчас Брюс и его коллеги работают над трансформацией своей экспериментальной доказательной версии в маленький функционирующий аккумулятор наподобие тех, что используются в электронных устройствах. “Но технология может в будущем стать столь же важной для электрических и гибридных автомобилей”, - добавил Брюс.