Slog kontynuuje Dla Baterii Litowo-powietrznych

Nowa katoda może poprawić żywotność baterii, ale baterie litowo-powietrzne wciąż trwają około dwóch miesięcy

dla właścicieli pojazdów elektrycznych lęk zasięgu—strach przed wyczerpaniem zasilania przed następną stacją ładowania—jest prawdziwy. Producenci samochodów, chcąc wprowadzić pojazdy elektryczne na rynek masowy, od lat szukają alternatyw, które mogłyby przechowywać więcej niż dzisiejsze akumulatory litowo-jonowe.

jedną z opcji jest litowo-powietrzna, a zespół naukowców wynalazł nowy typ katody, który ich zdaniem może wydłużyć żywotność takich baterii. W badaniu opublikowanym w Applied Catalysis B: Środowisko, zespół z Korei Południowej i Tajlandii opisują, w jaki sposób powlekali nanoflaki siarczku niklu i kobaltu na katodzie grafenowej domieszkowanej siarką. Wynik: elektroda, która charakteryzuje się zarówno lepszą przewodnością elektryczną, jak i aktywnością katalityczną.

„to bardzo interesujące podejście do projektowania”, mówi Harry Hoster, dyrektor Energy Lancaster, brytyjskiego instytutu badawczego poświęconego technologiom energetycznym.

baterie Zwykle generują energię elektryczną w reakcji redoks. W przypadku baterii litowo-powietrznych lit z anody ulega utlenieniu, podczas gdy cząsteczki tlenu są redukowane na katodzie. Otrzymanym produktem jest nadtlenek litu (Li2O2).

katoda jest podobno tam gdzie dzieje się magia. Ponieważ tlen może być dostarczany w sposób ciągły z powietrza, a nie przechowywany w skończonych ilościach w ogniwie, baterie litowo-powietrzne mogą teoretycznie zapewnić gęstość energii 10 razy większą niż ich kuzyni litowo-Jonowi. A im więcej nadtlenku litu gromadzi się na katodzie grafitowej, tym większa pojemność ładowania akumulatora.

modyfikowanie katody węglowej za pomocą siarki ułatwia przyklejanie się do niej nadtlenku litu-mówi Hoster. „Atomy siarki zapewniają miejscowe plamy kleju, punkty kotwiczenia, do których można się przykleić”, mówi.

Siarka zapewnia również dodatkowe korzyści dla akumulatora, mówi fizyczny chemik Sangaraju Shanmugam z koreańskiego Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology i jeden ze współautorów artykułu. Ponieważ atomy siarki są znacznie większe w porównaniu z ich odpowiednikami węglowymi, domieszkowanie siarki katodą rozszerza porowatą strukturę siatki węglowej, zwiększając jej powierzchnię. „Kiedy tak się dzieje, elektrony mogą poruszać się lepiej w grafenie, a więc Przewodność elektryczna jest lepsza”, mówi Shanmugam.

Powlekanie powierzchni katody nanoflakami siarczku niklu i kobaltu zapewnia dodatkowy impuls poprzez zwiększenie aktywności katalitycznej. „Siarka oddziałuje z miejscami metalowymi w siarczku niklu i kobaltu, i istnieje silna synergiczna interakcja między powierzchnią grafenu a nanoflakes”, wyjaśnia Shanmugam.

płatki tworzą również warstwę ochronną między powierzchnią katody a powstałym produktem wyładowczym nadtlenku litu, który jest silnie korozyjny. Rezultatem jest znacznie ulepszona cyklowalność baterii-nieco ponad 1700 godzin lub więcej niż dwa miesiące – co Shanmugam mówi, że jest „jednym z najsilniejszych punktów” ich wynalazku. Specyficzna pojemność rozładowania jest również „bardzo wysoka” przy prawie 14 200 miliamperogodzinach na gram (mAh/g). W Korei czeka patent na nową technologię.

” proponowane przez nich materiały są bardzo, bardzo ciekawe…i wygląda na to, że jako pierwsi wprowadzili to do społeczności” – mówi gospodarz Lancaster. Ale on jest ostrożny, jak optymistyczne wyniki są naprawdę.

system musi być testowany bardziej solidnie, mówi. Aby prawidłowo ocenić aktywność elektrokatalityczną, naukowcy powinni byli wykonać cykliczny woltammogram (rodzaj testu, w którym stosuje się napięcie zewnętrzne i zmienia się, aby zobaczyć, jak odpowiednio zmienia się prąd akumulatora) przy wysokich, a nie niskich prędkościach. Co więcej, przeprowadzony przez nich eksperyment rozładowania jest zbyt płytki (zatrzymując się przy określonej pojemności 1000 mAH/g), aby można go było uznać za właściwy test wytrzymałościowy, ponieważ „nie produkujesz wielu produktów ubocznych, które powodują, że bateria blaknie w dłuższej perspektywie”, mówi Hoster.

podkreśla również niską wydajność ładowania akumulatora, która jest miarą tego, ile energii otrzymujesz w porównaniu z energią, którą wkładasz do ładowania. Straty energii mogą wynikać z produkcji ciepła lub niepożądanych reakcji ubocznych, które zachodzą na elektrodach. Przy około 65 procentach jest o 15 do 25 procent niższa niż oczekiwalibyśmy po bateriach litowo-jonowych. Jest to jeden z wielu problemów, które nadal nękają stosowanie baterii litowo-powietrznych. Inne obejmują, co zrobić z chemicznie agresywnym produktem ubocznym nadtlenku litu, który tworzy, co wymaga wysokiego napięcia ładowania, aby usunąć, może rozkładać elektrolit,a następnie ograniczyć żywotność baterii.

czysta anoda litowa również stanowi problem. Wysoce reaktywny lit może zapalić się pod wpływem wody i innych pierwiastków. Jest jeszcze kwestia samego powietrza. Chociaż dostarczanie tlenu do baterii działa dobrze w laboratorium, nie jest to możliwe w przypadku pojazdów elektrycznych poruszających się po drogach. Wykorzystanie powietrza jest celem, ale najpierw trzeba usunąć szkodliwe dla baterii zanieczyszczenia, takie jak dwutlenek węgla i para wodna.

te wyzwania rozwojowe stłumiły entuzjazm dla baterii litowo-powietrznych w ostatnich latach, a firmy takie jak IBM i finansowane przez USA Wspólne Centrum Badań nad magazynowaniem energii porzuciły swoje badania na rzecz innych typów baterii nowej generacji. Nawet instytucja Faradaya, Wielka Brytania. instytucja, która przelała 65 milionów funtów na badania nad bateriami, zdecydowała się zainwestować w baterie litowo-siarkowe nad bateriami litowo-powietrznymi w ostatniej rundzie finansowania, ponieważ uważali, że pierwsza była „również ryzykowna, ale bardziej realistyczna”, mówi Hoster.

” to była otrzeźwiająca rzeczywistość…bateria litowo-tlenowa jest trochę podobna do fuzji jądrowej w dużych technologiach”, mówi. „Istnieją duże potencjalne wygrane, ale jest wiele niedokończonych spraw.”

ponieważ jednak akumulatory litowo-powietrzne mają gęstość energii potencjalnie 10 razy większą niż tradycyjne akumulatory litowo-jonowe, „wciąż czeka nas wielka gra”, mówi Hoster. „Trzeba jednak sprostać oczekiwaniom.”