Новый литий-воздушный аккумулятор позволяет электромобилю проезжать на одной зарядке больше 500 километров
Литий-воздушные батареи могут стать революционным прорывом, придя на смену литий-ионным аккумуляторам, применяемым в настоящее время в электромобилях, сотовых телефонах и ноутбуках.
Находящиеся на стадии экспериментов литий-воздушные аккумуляторы могут запасать в десять раз больше энергии по сравнению с литий-ионными, и при этом они значительно легче. Это говорит о том, что литий-воздушные батареи могут стать ещё более производительными и обеспечивать накопление ещё большего заряда при использовании высокоэффективных катализаторов, изготовленных из двухмерных материалов. Катализаторы способствуют ускорению химической реакции, протекающей внутри батареи, и в зависимости от типа материала, из которого они изготовлены, они могут значительно улучшить способность батареи сохранять и отдавать энергию.
«Мы подходим к необходимости создания аккумуляторов с высокой плотностью энергии, чтобы обеспечивать питанием современные высокотехнологичные устройства, такие как смартфоны, ноутбуки и, что особенно важно, электромобили» — сказал Амин Салехи-Ходжин, доцент кафедры механизации и промышленного машиностроения Инженерного колледжа Чикагского университета штата Иллинойс.
Салехи-Ходжин со своими коллегами синтезировал ряд двухмерных материалов для использования в качестве катализаторов. Такие катализаторы обеспечили экспериментальную батарею возможностью накапливать в десять раз больше энергии по сравнению с аналогичной литий-воздушной батареей, в которой применялись традиционные катализаторы. Это открытие было освещено в журнале Advanced Materials.
«На сегодня запас хода электромобиля на одной зарядке составляет порядка 160 километров, но благодаря двухмерных катализаторам в литий-воздушных батареях мы сможем обеспечить пробег около 650-800 километров на одной зарядке, что сможет стать переломным моментом, — сказал Салехи-Ходжин. – Это будет настоящим технологическим прорывом в аккумуляторных технологиях».
Салехи-Ходжин и его коллеги синтезировали 15 различных типов двухмерных дихалькогенидов переходных металлов, называемых сокращенно TMDC. TMDC — это уникальные композиты, поскольку они обладают высокой электропроводностью и быстрой переносимостью электронов, что может применяться в процессах химических реакций с другими материалами, например, в реакциях, происходящих внутри батарей во время их зарядки и разрядки.
Исследователи экспериментальным путём изучили эффективность применения этих 15 TMDCs в качестве катализаторов в электрохимических системах, имитирующих литий-воздушную батарею.
«В своей двухмерной форме эти TMDC обладают намного лучшими электронными свойствами и большей площадью поверхности, участвующей в химической реакции внутри батареи, при этом сохраняя стабильность своей структуры, — говорит Лейли Маджиди, аспирант Инженерного колледжа и ведущий автор статьи. – В сравнении с обычными катализаторами, такими как золото или платина, скорость реакции с использованием этих материалов намного выше».
Одной из причин, обеспечивающих такую высокую эффективность работы двухмерных TMDC, является то, что они способствуют ускорению реакций зарядки и разрядки, проходящих в литий-воздушных батареях.
Двухмерные катализаторы эффективно взаимодействуют с электролитом – материалом, в котором электроны перемещаются в процессе заряда и разряда.
Они наряду с ионным жидким электролитом, используемым командой разработчиков, действуют как система совместного катализа, обеспечивающего быстрый перенос электронов, что ускоряет процесс зарялки, способствует более эффективному хранению энергии и разрядке батареи.
«Эти материалы представляют собой новое направление, которое поможет в разработке батарей следующего поколения, — сказал Салехи-Ходжин.
14.01.2019 14:04
