Lithium-Vzduch: Baterie Průlom Vysvětlil

Reklama

Ve snaze o menší, delší životnost, silnější baterie, vědci se snažili mnoha alternativních přístupů k baterie chemie. Jeden možná právě přinesl průlom, na který čekáme.

urban legend je, že tam byla malá díra v baterie buňka, která chemik K M Abraham testoval ve své laboratoři v roce 1995, které za předpokladu, že buňka s daleko vyšší obsah energie, než se očekávalo. Spíše než se pokusit opravit únik, Abraham prozkoumal a objevil první dobíjecí lithium-vzduchovou (Li-air) baterii. Zatím tento objev nevedl k žádným technicky životaschopným produktům, ale článek publikovaný ve vědě z výzkumné skupiny University of Cambridge to může změnit.

V roce 2008, Tesla divit, průmysl pozorovatelé s jeho odvážné, elektrický Roadster auto na off-the-police lithium-ion (Li-ion) baterie, takové, které moc vše od smartphonů pro notebooky, fotoaparáty a hračky. Od té doby se trh s elektrickými vozidly nejen rychle rozrostl, ale také průměrný rozsah baterií, které je pohánějí. Tento růst však musí urychlit: od roku 1994 trvalo 20 let, než se ztrojnásobil energetický obsah typické Li-ion baterie.

nový výzkum, pod vedením profesorů Gunwoo Kim a Clare Grey, experimentoval s Li-air buňky, které používají pouze elektron vodičem, jako je lehká, porézní uhlík, místo metal-oxide obvykle používá v Li-ion baterie. Prakticky to šetří velkou váhu, ale přináší své vlastní potíže.

Jak fungují Lithium-vzduchové baterie

li-vzduchový článek vytváří napětí z dostupnosti molekul kyslíku (O2) na kladné elektrodě. O2 reaguje s kladně nabitými ionty lithia za vzniku peroxidu lithného (Li2O2) a vytváří elektrickou energii. Elektrony jsou vytaženy z elektrody a taková baterie je prázdná (vybitá), pokud již nelze vytvořit Li2O2.

Reklama

Teoreticky, Li-air baterie vybitá (vybité), když jsou všechny póry kladné elektrody (pravá strana) jsou vyplněny s lithium vodíku, zde je uvedeno náplní od shora dolů. Autor poskytl

Li2O2 je však velmi špatný elektronový vodič. Pokud usazeniny Li2O2 rostou na povrchu elektrody, která dodává elektrony pro reakci, tlumí a nakonec zabije reakci, a tím i energii baterie. Tento problém lze překonat, pokud je reakční produkt (v tomto případě peroxid lithný) uložen v blízkosti elektrody, ale nepokrývá jej.

reklama

vědci z Cambridge našli recept – který přesně to dělá-pomocí standardní směsi elektrolytů a přidáním jodidu lithného (LI) jako přísady. Týmový experiment také zahrnuje poměrně houbovitou, načechranou elektrodu vyrobenou z mnoha tenkých vrstev grafenu naplněných velkými póry. Poslední důležitou složkou je malé množství vody.

při této kombinaci chemikálií reakce při vybití akumulátoru netvoří Li2O2, který by vystříhal vodivý povrch elektrody (viz obrázek níže, levá strana). Místo toho obsahuje vodík zbavený vody (H2O) za vzniku krystalů hydroxidu lithného (LiOH). Tyto krystaly vyplňují velikost pórů v načechrané uhlíkové elektrodě, ale zásadně nepotahují a blokují životně důležitý uhlíkový povrch, který generuje napájení napětí (pravá strana). Takže přítomnost jodidu lithného jako “zprostředkovatele” (i když jeho přesná role ještě není jasná) a vody jako koreaktantu v procesu zvyšuje kapacitu Li-air baterie.

Reklama

Li-vzduch baterie s lithium vodíku (vlevo, blokování uhlíkové elektrody) a hydroxid lithný (vpravo, s elektrodou odblokován) jako výbojky. Všimněte si, že struktura pórů elektrody není nakreslena pro jednoduchost. Autor poskytl

Jak změní Li-Air věci?

tento proces, který zajišťuje, že povrch elektrody je udržován čistý, je nezbytný pro zvýšení kapacity baterie. Nicméně, nevýhodou je, že stejný nedostatek elektrického kontaktu mezi elektrodou a vypouštění produkt, který zvyšuje jeho kapacita by měla v zásadě je obtížné dobít.

Reklama

Opět, ukázalo se, jodid, lithium látka je chybějící potřebné: na elektrodu, záporně nabité ionty jodidu jsou převedeny do I3 (triiodide) ionty (viz obrázek vpravo). Ty se kombinují s krystaly LiOH a rozpouštějí se, což umožňuje úplné dobití vyčištěním pórů.

nabíjení Li-air baterií. Vlevo: peroxid lithný musí být odstraněn z povrchu uhlíku. Vpravo: cyklus jodidu a trijodidu, kde trijodid chemicky rozpouští hydroxid lithný, uvolňuje prvky, takže je lze znovu kombinovat a vyrábět elektřinu. Autor za předpokladu,

Reklama

Ve skutečnosti, tento mechanismus je ještě účinnější než dobíjení Li2O2 připojené k povrchu elektrody. Protože elektrony nemusíte cestovat přes Li2O2 vrstva, méně napětí je potřebné k dobití Li-vzduch baterie s jódem přídatné látky, než bez ní. K dobití baterie je tedy zapotřebí méně energie, což by zvýšilo energetickou účinnost elektrického vozu běžícího na takové Li-air baterii. Autoři studie prezentují data, která se blíží energetické účinnosti kolem 90%-což tuto novou technologii baterií přibližuje technologii konvenčních Li-ion baterií.

jejich zjištění odhalují slibnou cestu vpřed pro technologii Li-air, v době, kdy se mnoho dalších výzkumných skupin vzdalo. Jak se po tomto průlomu vrací k tématu více vědců, možná se Komerční Li-air baterie konečně stane realitou.

Reklama

Harry Hoster, Ředitel Energetické Lancaster a Profesor Fyzikální Chemie, Lancaster University,

Tento článek byl původně zveřejněn na Konverzace. Přečtěte si původní článek.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.