Теперь, благодаря исследованиям Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), один из этих недостатков, возможно, был преодолен.Все предыдущие работы с литий-воздушными батареями показали одно и то же явление: образование пероксида лития (Li2O2), твердого осадка, забивающего поры электрода.
Однако в недавнем эксперименте ученые-разработчики аргонных аккумуляторов Джун Лу, Ларри Кертисс и Халил Амин вместе с американскими и корейскими коллегами смогли получить стабильный кристаллизованный супероксид лития ((LiO2) вместо пероксида лития во время разряда батареи. В отличие от пероксида лития, Супероксид лития может легко диссоциировать на литий и кислород, что обеспечивает высокий КПД и длительный срок службы.«Это открытие действительно открывает путь для потенциальной разработки нового типа батареи», — сказал Кертисс. «Хотя необходимы дополнительные исследования, мы искали срок службы батареи».
Основное преимущество батареи на основе супероксида лития, как объяснили Кертисс и Амин, состоит в том, что она позволяет, по крайней мере теоретически, создать воздушно-литиевую батарею, состоящую из того, что химики называют «закрытой системой». Открытые системы требуют постоянного поступления дополнительного кислорода из окружающей среды, а закрытые — нет, что делает их более безопасными и эффективными.«Стабилизация супероксидной фазы может привести к разработке новой закрытой аккумуляторной системы на основе супероксида лития, которая может предложить действительно пятикратную плотность энергии по сравнению с ионами лития», — сказал Амин.Кертисс и Лу объяснили рост супероксида лития расстоянием между атомами иридия в электроде, использованном в эксперименте. «Похоже, что иридий послужит хорошим шаблоном для роста супероксида», — сказал Кертисс.
«Однако это всего лишь промежуточный шаг», — добавил Лу. «Мы должны научиться конструировать катализаторы, чтобы точно понимать, что используется в литий-воздушных батареях».Исследователи подтвердили отсутствие перекиси лития с помощью дифракции рентгеновских лучей, предоставленной Advanced Photon Source, исследовательским центром Министерства энергетики США, расположенным в Аргонне. Они также получили время на суперкомпьютере Mira в Argonne Leadership Computing Facility, которая также является пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США. Исследователи также выполнили часть работы в Аргоннском Центре наноразмерных материалов, который также является пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США.
Исследование, основанное на исследовании, появилось в номере журнала Nature от 11 января.Работа финансировалась Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии и Управлением науки Министерства энергетики США.