Ученые уже много лет пытаются сделать литий-кислородные батареи жизнеспособным решением для хранения энергии, преодолевая некоторые проблемы коммерческого использования этого типа батарей. До сих пор проблемы были больше, чем сумма потенциальных решений. В чем может заключаться прорыв в этом типе аккумуляторной технологии, говорят исследователи из Корейского передового Института науки и техники (KAIST), что они разработали новую стратегию устранения ограничений литий-кислородной батареи путем стабилизации электрокатализаторов на атомном уровне в рамках металлорганических структур (MOF).
По словам группы ученых под руководством профессора Чжун Ку Кана, «эта новая стратегия обеспечивает высокую производительность литий-кислородных батарей, признанных технологией хранения энергии следующего поколения».
Как правило, литий-кислородные батареи известны своей гораздо более высокой плотностью энергии, чем гораздо более популярные литий-ионные батареи, которые широко используются в электронике, электромобилях и накопителях энергии.
Литий-кислородные батареи способны генерировать до десяти раз большую плотность энергии — то есть, сколько энергии содержит система по сравнению с ее массой — чем литий-ионные батареи. Однако химия батареи в литий-кислородной батарее разъедает компоненты батареи, ухудшая ее работу и ограничивая ее способность заряжаться и использоваться в коммерческих целях с таким низким сроком службы цикла.
Исследователи из KAIST обнаружили, что химические реакции могут быть стабилизированы в субнанометрических порах металлорганических каркасов (MOF), и их новая стратегия показала десятикратное улучшение жизненного цикла литий-кислородных батарей.
«Одновременно генерирующие и стабилизирующие электрокатализаторы атомного уровня в рамках MOF могут диверсифицировать материалы в соответствии с многочисленными комбинациями металлических и органических линкеров. Это может расширить не только разработку электрокатализаторов, но и различные области исследований, такие как фотокатализаторы, медицина, окружающая среда и нефтехимия», — говорится в заявлении профессора Кана.
Исследование исследователей KAIST является последним, в котором ученые пытаются найти способы сделать литий-кислородные батареи с высокой плотностью энергии и легким весом приемлемым решением для хранения энергии, решая текущие проблемы этого типа батарей.
Два года назад химики из Университета Ватерлоо заявили, что они решили проблему клеточной химии, в которой супероксид и пероксид лития вступают в реакцию с углеродным катодом и разрушают элемент батареи. Исследователи заменили органический электролит более стабильной неорганической расплавленной солью, а пористый углеродный катод — бифункциональным металлоксидным катализатором.
«Меняя местами электролит и электрод-носитель и повышая температуру, мы показываем, что система работает замечательно», — сообщила Линда Назар, канадский научный руководитель отдела твердотельных энергетических материалов и старший автор проекта.
«Это открытие подчеркивает огромные возможности… для внедрения новых технологий батарей, которые могут конкурировать с литий-ионными батареями и другими технологиями хранения», — пишут исследователи Массачусетского технологического института в комментарии к работе ученых Университета Ватерлоо.
Однако до коммерческого производства литий-кислородных батарей может пройти еще более десяти лет.
Канзасский университет также исследует литий-кислородные батареи и способы преодоления проблем коммерциализации.
«Если вы используете литий-кислородные батареи для электромобиля, вы можете проехать 500 миль, но вы не можете ускориться очень быстро. Ехать всего несколько миль в час не очень весело», — говорил в прошлом году Сянлинь Ли, доцент кафедры машиностроения, получивший в 2019 году грант на изучение литий-кислородных батарей в Канзасском университете.
«Насколько я знаю, почти все литий-кислородные батареи все еще находятся в стадии исследований, и технология еще не имеет очень большого рынка сбыта. Производительность, стабильность и срок службы — это все проблемы для литий-кислородных батарей в настоящее время. Но в 70-х и 80-х годах литий-ионные аккумуляторы имели аналогичные проблемы», — говорит Ли.
