Slog Fortsetter For Litium – Luft Batterier

EN ny katode kan forbedre batterilevetiden, men litiumbatterier varer fortsatt bare om lag to måneder

for eiere av elektriske kjøretøy er rekkeviddeangst—frykten for å gå tom for strøm før neste ladestasjon—ekte. Bilprodusenter, opptatt av å bringe Elbiler til massemarkedet, har i årevis søkt alternativer som kan lagre mer kostnad enn dagens litium-ion-batterier.

Ett alternativ er litium-air, og et team av forskere har oppfunnet en ny type katode som de hevder kan forlenge levetiden til slike batterier. I en studie publisert I Applied Catalysis B: Miljø, teamet fra Sør-Korea og Thailand beskrive hvordan de belagt nikkel kobolt sulfid nanoflakes på en graphene katode dopet med svovel. Resultatet: en elektrode som har både forbedret elektrisk ledningsevne og katalytisk aktivitet.

» Det er en veldig interessant designtilnærming, » sier Harry Hoster, direktør For Energy Lancaster, ET BRITISK-basert forskningsinstitutt dedikert til energiteknologier.

Batterier genererer vanligvis elektrisk energi gjennom en redoksreaksjon. Når det gjelder litium-luftbatterier, blir litium fra anoden oksidert mens oksygenmolekyler reduseres ved katoden. Det resulterende produktet er litiumperoksid (Li2O2).

katoden er visstnok der magien skjer. Fordi oksygen kan tilføres kontinuerlig fra luft i stedet for lagret i begrensede mengder i cellen, kan litiumbatterier teoretisk gi en energitetthet 10 ganger den av deres litiumionfettere. Og jo mer litiumperoksid som akkumuleres på grafittkatoden, desto høyere er batteriets ladekapasitet.

Endring av karbonkatoden med svovel gjør det lettere for litiumperoksid å holde seg til det, sier Hoster. «Svovelatomene gir lokale limflater, forankringspunkter for ting å holde fast ved,» sier han.

Svovel gir også ekstra fordeler for batteriet, sier fysisk kjemiker Sangaraju Shanmugam Fra Koreas Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, og en av papirets medforfattere. Fordi svovelatomer er mye større i størrelse sammenlignet med deres karbonmodeller, utvider svoveldoping katoden den porøse karbongitterstrukturen, og øker overflaten. «Når dette skjer, kan elektronene bevege seg bedre i grafen, og så blir elektrisk ledningsevne forbedret,» sier Shanmugam.

Coating katodeoverflaten med nikkel kobolt sulfid nanoflakes gir en ekstra boost ved å øke katalytisk aktivitet. «Svovel samhandler med metallstedene i nikkel koboltsulfid, og det er en sterk synergistisk interaksjon mellom grafenoverflaten og nanoflakene,» forklarer Shanmugam.

flakene danner også et beskyttende lag mellom katodeoverflaten og resulterende litiumperoksidutladningsprodukt, som er svært korroderende. Resultatet er en mye bedre batterisyklbarhet-litt over 1700 timer—eller mer enn to måneder-Som Shanmugam sier er «et av de sterkeste punktene» av oppfinnelsen. Den spesifikke utladningskapasiteten er også «ultra høy» på nesten 14,200 milliampere time per gram (mAh/g). Et patent er ventet I Korea for den nye teknologien.

» materialene de har foreslått er veldig, veldig interessante…og det ser ut som de er de første til å bringe dette til samfunnet,» sier Lancaster Hoster. Men han er forsiktig med hvor optimistiske resultatene egentlig er.

systemet må testes mer robust, sier han. For å måle elektrokatalytisk aktivitet på riktig måte, burde forskerne ha gjort et syklisk voltammogram (en type test der en ekstern spenning påføres og varieres for å se hvordan batteristrømmen endres tilsvarende) ved høye, i stedet for lave hastigheter. Videre er utladningseksperimentet de gjennomførte for grunt (stopper ved en bestemt kapasitet på 1000 mAH / g) for å betraktes som en skikkelig stresstest, fordi «du produserer ikke mye av sideproduktene som får batteriet til å falme i det lange løp,» Sier Hoster.

han fremhever også batteriets lave ladeeffektivitet, som er et mål på hvor mye energi du får sammenlignet med energien du legger i å lade den. Energitap kan oppstå på grunn av varmeproduksjon eller uønskede sidereaksjoner som finner sted ved elektrodene. På omtrent 65 prosent er det 15 til 25 prosent lavere enn hva vi forventer av litium-ion-batterier. Dette er en av en rekke bekymringer som fortsetter å plage bruken av litiumbatterier. Andre inkluderer hva de skal gjøre med det kjemisk aggressive litiumperoksidbiproduktet som dannes, noe som krever en høy ladespenning for å fjerne, kan dekomponere elektrolytten, og deretter begrense batteriets syklusliv.

den rene litiumanoden utgjør også et problem. Svært reaktivt, litium kan antennes når det blir utsatt for vann og andre elementer. Så er det spørsmålet om selve luften. Mens tilførsel av oksygen til batterier fungerer fint i et laboratorium, er det ikke mulig for elektriske kjøretøy som kjører på veier. Utnytte luft er målet, men du må først fjerne batteri skadelige urenheter som karbondioksid og vanndamp.

disse utviklingsutfordringene har dempet entusiasmen for litiumbatterier de siste årene, med selskaper som IBM og DET usa-finansierte Joint Center For Energy Storage Research som forlater sin forskning til fordel for andre neste generasjons batterityper. Selv Faraday Institution, EN U. K. institusjon som har strømmet £65 millioner i batteriforskning, bestemte seg for å investere i litium-svovelbatterier over litium-luftbatterier i sin siste finansieringsrunde fordi de trodde den tidligere var «også risikabelt, men mer realistisk», sier Hoster.

» Det har vært en tankevekkende virkelighet…litium-oksygen batteriet er litt som hva kjernefysisk fusjon er i de store teknologiene,» sier han. «Det er store potensielle gevinster, men det er mange lose ender .»

men fordi litiumbatterier har en energitetthet som potensielt er 10 ganger høyere enn for tradisjonelle litium-ion-batterier, » er det fortsatt et stort spill som skal spilles,» sier Hoster. «Men man må håndtere forventningene.»