Lithium-Air: Et Batteri Gjennombrudd Forklart

Reklame

i jakten på mindre, mer langvarige, kraftigere batterier, forskere har prøvd mange alternative tilnærminger til batteri kjemi. Man kan ha nettopp produsert gjennombruddet vi venter på.den urbane legenden er at det var en liten lekkasje i en battericelle som kjemiker Km Abraham testet i laboratoriet i 1995, noe som ga cellen et langt høyere energiinnhold enn forventet. I stedet for å prøve å fikse lekkasjen, Undersøkte Abraham Og oppdaget det første oppladbare litium-air (Li-air) batteriet. Hittil har denne oppdagelsen ikke ført til noen teknisk levedyktige produkter, men et papir publisert I Science fra En Forskningsgruppe Ved University Of Cambridge kan være i ferd med å endre det.I 2008 overrasket Tesla industri overvåkere med sin dristige, elektriske Roadster bil som kjørte på off-the-sokkel litium-ion (Li-ion) batterier, den typen som driver alt fra smarttelefoner til bærbare datamaskiner til kameraer og leker. Siden da har ikke bare markedet for elektriske biler vokst raskt, men det har også gjennomsnittlig rekkevidde av batteriene som driver dem. Men veksten må akselerere: fra 1994 tok det 20 år å tredoble energiinnholdet i et typisk Li-ion-batteri.Den nye forskningen, ledet av professorene Gunwoo Kim Og Clare Grey, eksperimenterte Med Li-luftceller som bare bruker en elektronleder, for eksempel lett, porøst karbon, i stedet for et metalloksid som vanligvis brukes i Et Li-ion-batteri. Praktisk sett sparer dette mye vekt, men bringer sine egne vanskeligheter.En Li-luftcelle skaper spenning fra tilgjengeligheten av oksygenmolekyler (O2) ved den positive elektroden. O2 reagerer med de positivt ladede litiumioner for å danne litiumperoksid (Li2O2) og generere elektrisk energi. Elektroner trekkes ut av elektroden, og et slikt batteri er tomt (utladet) hvis Ikke Mer Li2O2 kan dannes.

Reklame

Teoretisk sett er Et Li-luftbatteri tomt (utladet) når alle porene i den positive elektroden (høyre side) er fylt med litiumperoksid, vist her fylling fra topp til bunn. Forfatter gitt

Li2O2 Er Imidlertid en veldig dårlig elektronleder. Hvis forekomster Av Li2O2 vokser på elektrodeoverflaten som leverer elektronene til reaksjonen, demper den og til slutt dreper reaksjonen, og dermed batteriets kraft. Dette problemet kan løses hvis reaksjonsproduktet (litiumperoksid i dette tilfellet) lagres nær elektroden, men ikke belegger det.Cambridge-forskerne fant en oppskrift som gjør akkurat det – ved hjelp av en standard elektrolyttblanding og tilsetning av litiumjodid (LI) som additiv. Lagets eksperiment inkluderer også en ganske svampete, fluffy elektrode laget av mange tynne lag grafen fylt med store porer. Den siste viktige ingrediensen er en liten mengde vann.

med denne kombinasjonen av kjemikalier, reaksjonen som batteriet utlades ikke danner Li2O2 som ville gunge opp elektroden ledende overflate (se bildet nedenfor, venstre side). I stedet inkorporerer den hydrogen strippet fra vannet (H2O) for å danne litiumhydroksid (LiOH) krystaller. Disse krystallene fyller størrelsen på porene i den fluffete karbonelektroden, men avgjørende er at de ikke belegger og blokkerer den vitale karbonoverflaten som genererer spenningsforsyningen (høyre side). Så tilstedeværelsen av litiumjodid som “tilrettelegger” (selv om dens eksakte rolle ennå ikke er klar) og vann som co-reaktant i prosessen øker Li-air batteriets kapasitet.

Reklame

Li-luft batterier med litiumperoksid (venstre, blokkerer karbonelektroden) og litiumhydroksid (høyre, med elektroden ublokkert) som utslipp produkter. Legg merke til at elektrodeporestrukturen ikke er tegnet for enkelhet. Forfatter gitt

Hvordan Vil Li-Air Endre Ting?

denne prosessen som sikrer at elektrodeoverflaten holdes klar, er viktig for å øke batterikapasiteten. Ulempen er imidlertid at den samme mangelen på elektrisk kontakt mellom elektroden og utladningsproduktet som øker kapasiteten, i prinsippet bør gjøre det vanskelig å lade opp.Igjen viser det seg at litiumjodidadditivet er den manglende ingrediensen som trengs: ved elektroden blir negativt ladede jodidioner omdannet til i3 (triiodid) ioner (se bilde, høyre side). Disse kombinerer Med lioh-krystallene og oppløses, noe som gir en fullstendig oppladning ved å rydde porene.

Lade Li – luft-batterier. Venstre: litiumperoksid må fjernes fra karbonoverflaten. Høyre: syklus av jodid og triiodid, hvor triiodid kjemisk oppløser litiumhydroksyd, frigjør elementene slik at de kan kombineres igjen for å produsere elektrisitet. Forfatter gitt

Reklame

faktisk er denne mekanismen enda mer effektiv Enn oppladningen Av Li2O2 festet Til elektrodeoverflaten. Siden elektronene ikke trenger å reise Gjennom Et Li2O2-lag, er det nødvendig med mindre spenning for å lade Et Li-air-batteri med jodadditivet enn uten det. Så mindre energi er nødvendig for å lade batteriet, noe som vil gjøre en elektrisk bil som kjører på et Slikt Li-air-batteri mer energieffektivt. Studiens forfattere presenterer data som nærmer seg en energieffektivitet på rundt 90% – noe som bringer denne nye batteriteknologien nær den for konvensjonelle Li-ion-batterier.funnene deres avslører en lovende vei fremover For Li-air-teknologien, i en tid da mange andre forskergrupper har gitt opp. Etter hvert som flere forskere kommer tilbake til emnet etter dette gjennombruddet, vil kanskje et kommersielt Li – air-batteri til slutt bli virkelighet.

Reklame

Harry Hoster, Direktør For Energi Lancaster Og Professor I Fysikalsk Kjemi, Lancaster University

denne artikkelen ble opprinnelig publisert På The Conversation. Les den opprinnelige artikkelen.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.