Dřina Pokračuje pro Lithium-Vzduchové Baterie

nový katoda může zlepšit životnost baterie, ale lithium-vzduchové baterie stále jen trvat asi dva měsíce

pro majitele elektrických vozidel je úzkost z dosahu—strach z vyčerpání energie před další nabíjecí stanicí-skutečná. Výrobci automobilů, chce přinést Eds na masový trh, pro roky hledal alternativy, které by mohly skladovat větší náboj než dnešní lithium-iontové baterie.

jednou z možností je lithium-air a tým vědců vynalezl nový typ katody, o které tvrdí, že může prodloužit životnost těchto baterií. Ve studii publikované v Applied Catalysis B: Životního prostředí, tým z Jižní Koreje a Thajska popsat, jak jsou potažené nikl kobalt sulfid nanoflakes na grafenu katody s příměsí síry. Výsledek: elektroda, která se může pochlubit zlepšenou elektrickou vodivostí i katalytickou aktivitou.

„To je velmi zajímavý přístup k designu,“ říká Harry Hoster, ředitel Energetické Lancaster, velká BRITÁNIE-založen výzkumný ústav věnované energetické technologie.

baterie obvykle generují elektrickou energii redoxní reakcí. V případě lithium-vzduchových baterií se lithium z anody oxiduje, zatímco molekuly kyslíku jsou redukovány na katodě. Výsledným produktem je peroxid lithný (Li2O2).

katoda je údajně místo, kde se kouzlo děje. Protože kyslík může být dodáván nepřetržitě ze vzduchu, spíše než uloženy do konečných částek v buňce, lithium-vzduchové baterie, může teoreticky poskytnout hustota energie 10 krát, že z jejich lithium-ion bratranci. A čím více peroxidu lithného se hromadí na grafitové katodě, tím vyšší je kapacita baterie.

úprava uhlíkové katody sírou usnadňuje lepení peroxidu lithného, říká Hoster. „Atomy síry poskytují místní lepicí skvrny, kotevní body, na které se věci drží,“ říká.

Síra také poskytuje další výhody pro baterii, říká fyzikální chemik Sangaraju Shanmugam z Koreji Daegu Gyeongbuk Institut Vědy a Technologie, a jeden z papíru spoluautoři. Protože atomy síry jsou ve srovnání s jejich uhlíkovými protějšky mnohem větší, katoda dopující síru rozšiřuje porézní strukturu uhlíkové mřížky a zvětšuje její povrchovou plochu. „Když k tomu dojde, elektrony se mohou v grafenu pohybovat lépe, a tak se zlepší elektrická vodivost,“ říká Shanmugam.

potažení povrchu katody nanoflaky sulfidu nikelnatého kobaltu poskytuje další podporu zvýšením katalytické aktivity. „Síra reaguje s kovem míst v niklu, kobaltu, sulfid, a tam je silné synergické interakce mezi grafenu povrchu a nanoflakes,“ vysvětluje Shanmugam.

vločky také tvoří ochrannou vrstvu mezi katodou povrch a výsledné peroxid lithia vypouštění produktu, který je vysoce korozivní. Výsledkem je mnohem lepší baterie cyclability—jen přes 1700 hodin, nebo více než dva měsíce—což Shanmugam říká, že je „jedním z nejsilnějších bodů“ jejich vynález. Specifická kapacita výboje je také „ultra vysoká“ při téměř 14 200 miliampérhodinách na gram (mAh/g). V Koreji čeká patent na novou technologii.

“ materiály, které navrhli, jsou velmi, velmi zajímavé…a vypadá to, že jsou první, kdo to přinesl komunitě, “ říká hostitelka Lancasteru. Je však opatrný, jak optimistické jsou výsledky.

systém je podle něj třeba robustněji testovat. Správně odhadnout electrocatalytic činnost, vědci měli udělat cyklický voltammogram (typ testu, kde externího napětí a pestrá, aby viděli, jak baterie aktuální změny odpovídajícím způsobem) na vysoké, nikoli nízké rychlosti. Kromě toho, výtok experiment prováděli je příliš mělký (zastavení na konkrétní kapacitou 1000 mAH/g) považovat za správný zátěžový test, protože „nemusíš produkovat mnoho vedlejších produktů, které způsobují baterie slábnout v dlouhodobém horizontu,“ Hoster říká.

zdůrazňuje také nízkou účinnost nabíjení baterie, což je měřítko toho, kolik energie získáte ve srovnání s energií, kterou vložíte do nabíjení. Ztráta energie může být způsobena produkcí tepla nebo nežádoucími vedlejšími reakcemi, ke kterým dochází na elektrodách. Při zhruba 65 procentech je to o 15 až 25 procent méně, než bychom očekávali od lithium-iontových baterií. To je jedna z řady obav, které nadále trápí používání lithium-vzduchových baterií. Mezi další patří, co dělat s chemicky agresivním vedlejším produktem peroxidu lithného, který se tvoří, což vyžaduje odstranění vysokého nabíjecího napětí, může rozložit elektrolyt, a následně omezit životnost baterie.

čistá lithiová anoda také představuje problém. Vysoce reaktivní lithium se může vznítit, když je vystaveno vodě a dalším prvkům. Pak je tu otázka samotného vzduchu. Zatímco dodávka kyslíku do baterií funguje v laboratoři dobře, není to možné pro elektrická vozidla běžící na silnicích. Cílem je využití vzduchu, ale nejprve byste museli odstranit nečistoty poškozující baterii, jako je oxid uhličitý a vodní pára.

Tyto vývojové výzvy mají tlumit nadšení pro lithium-vzduchové baterie v posledních letech, se společnostmi, jako je IBM a USA-financované Společné Centrum pro Skladování Energie Výzkum opuštění jejich výzkum ve prospěch jiných next-gen typy baterií. Dokonce i Faraday Institution, Velká Británie. instituce, která má nalije £65 milionů do oblasti výzkumu baterií, se rozhodl investovat v lithium-síry baterie přes lithium-vzduchové baterie ve svém posledním kole financování, protože si mysleli, že bývalý byl „také riskantní, ale více realistické,“ říká Hoster.

“ byla to střízlivá realita…lithium-kyslíková baterie je trochu jako jaderná fúze ve velkých technologiích,“ říká. „Existují velké potenciální výhry, ale existuje mnoho volných konců.“

protože však lithium-vzduchové baterie mají hustotu energie, která je potenciálně 10krát vyšší než u tradičních lithium-iontových baterií, „stále je třeba hrát velkou hru,“ říká Hoster. „Ale člověk musí zvládnout očekávání.“