Перезаряжаемые литиево-воздушные батареи привлекают поклонников альтернативной энергетики, потому что они могут накапливать в десять раз больше энергии, чем современные литий-ионные батареи, а плотность энергии аналогична плотности энергии бензина. К сожалению, технология еще не готова к повседневному использованию, поскольку перезаряжаемые литий-воздушные батареи имеют очень короткий срок службы. Всего после нескольких циклов зарядки угольный электрод подвергается коррозии, а электролитическая жидкость разлагается.
Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) и Исследовательского центра Юлиха обнаружили, что при зарядке в литий-воздушных батареях образуется высокореактивный синглетный кислород. Это открытие может быть возможной причиной того, что перезаряжаемые литий-воздушные батареи теряют заряд всего после нескольких циклов зарядки.
“Одним из наиболее перспективных подходов является литий-воздушная батарея, в которой катод из оксида кобальта лития заменен частицами углерода”, — объясняет Йоханнес Вандт, докторант и член Prof. Команда Хьюберта Гастайгера на кафедре технической электрохимии в TUM.
Синглетный кислород, чрезвычайно реактивное вещество, образуется при зарядке литий-воздушных батарей. В течение долей секунды он разъедает окружающий материал, с которым соприкасается. Потребовалось так много времени, чтобы подтвердить это явление, потому что исследовательское сообщество ошибочно предположило, что основная реакция происходит только при высоких напряжениях.
Чтобы более точно исследовать процесс зарядки, исследователи TUM создали специальную литий-воздушную батарею. Приемники питания тонкие и расположены в виде спирали внутри прозрачного стеклянного корпуса. Это гарантирует, что микроволновое излучение и магнитные поля, необходимые для измерений, не экранируются.
“Кроме того, мы добавили в электролитическую жидкость молекулы, которые захватывают короткоживущий синглетный кислород и связывают его в виде стабильного радикала”, — сообщает Вандт. Используя специальный измерительный прибор в Юлихе для спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, или ЭПР, исследователи смогли подтвердить образование синглетного кислорода в процессе зарядки. Таким образом, проблема была выявлена, но не предотвращена. Теперь исследователи надеются найти механизм, предотвращающий образование синглетного кислорода во время зарядки.
Работа финансировалась Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) в рамках проекта MEET HiEnd (Материалы и компоненты для батарей с высокой плотностью энергии) и Баварским министерством экономики и средств массовой информации, энергетики и технологий в рамках проекта EEBatt. Проект EEBatt является частью междисциплинарной исследовательской инициативы TUM. Энергетика Мюнхенской инженерной школы.