stoca

(Imagine: Peter Bruce/EPSRC)

Bateriile litiu-ion utilizate în laptopuri și telefoane mobile și care sunt destinate utilizării viitoare în mașinile electrice se apropie de limitele lor tehnologice. Dar chimiștii din Marea Britanie spun că există o modalitate de a trece prin bariera care se apropie de capacitatea energetică - lăsați bateriile să „respire” oxigen din aer.

O baterie standard de ioni de litiu conține un electrod negativ de grafit, un electrod pozitiv de oxid de litiu-cobalt și un electrolit care conține sare de litiu. Ionii de litiu se deplasează între cei doi electrozi în timpul încărcării și descărcării, trimitând electroni în jurul circuitului extern pentru a alimenta un gadget în acest proces.

Problema cu acest design, spune Peter Bruce de la Universitatea din St Andrews, este că oxidul de litiu-cobalt este voluminos și greu. „Bariera majoră în calea creșterii densității energetice a acestor baterii este electrodul pozitiv”, spune el. „Toată lumea dorește să găsească o modalitate de a crește cantitatea de litiu stocată acolo, ceea ce ar crește capacitatea”.

Publicitate

O gură de aer proaspăt

Răspunsul, crede el, este să împrumute o idee din bateriile zinc-aer utilizate în aparatele auditive, care obțin puterea lor care reacționează zincul cu oxigenul din aer. Deci, lucrând cu colegii de la Universitățile din Strathclyde și Newcastle, Bruce a început să proiecteze o baterie litiu-aer.

Noua baterie are o densitate de energie mai mare decât bateriile litiu-ion existente, deoarece nu mai conține oxid dens de litiu-cobalt. În schimb, electrodul pozitiv este fabricat din carbon poros ușor, iar ionii de litiu sunt ambalate în electrolit care se inundă în materialul spongios.

Când bateria este descărcată, oxigenul din aer inundă, de asemenea, printr-o membrană (vezi imaginea, sus) în carbonul poros, unde reacționează cu ionii de litiu din electrolit și electronii din circuitul extern pentru a forma un oxid de litiu solid.

Proces reversibil

Oxidul solid de litiu umple treptat spațiile porilor din interiorul electrodului de carbon pe măsură ce bateria se descarcă. Dar când bateria este reîncărcată, oxidul de litiu se descompune din nou, eliberând din nou ioni de litiu și eliberând spațiul porilor din carbon. Oxigenul este eliberat înapoi în atmosferă.

Majoritatea bateriilor au toate substanțele chimice de care au nevoie încorporate de la început. „Prin utilizarea oxigenului din mediu, economisiți în greutate și volum, deoarece nu trebuie să transportați reactivii în interiorul bateriei - aveți nevoie doar de schela de carbon”, spune Bruce.

Noul design este ca un hibrid baterie-pilă de combustibil, spune Bruce. La fel ca o celulă de combustibil, folosește reactanți din afara sistemului, în timp ce, ca o baterie, are și reactanți interni.

Creșterea puterii

Dispozitivul prototip al echipei are un raport capacitate/greutate de 4000 miliamp ore pe gram - de opt ori mai mare decât cel al unei baterii de telefon mobil. Chiar și o îmbunătățire de 10 ori este posibilă, dar modificările proiectelor convenționale litiu-ion vor oferi probabil doar o dublare a capacității, estimează Bruce.

Chimistul Saiful Islam cercetează bateriile de la Universitatea din Bath și nu a fost implicat în noul design. "Înțeleg că bateria litiu-aer are într-adevăr potențialul de a oferi o creștere de opt până la 10 ori a densității energiei", a spus el. Noul om de știință.

Cu toate acestea, este încă nevoie de muncă pentru a înțelege pe deplin procesele care au loc în noua baterie, adaugă el. Acest lucru ar trebui să ajute la optimizarea tehnologiei, astfel încât să poată deveni un produs viabil din punct de vedere comercial.

Bruce și colegii lucrează acum pentru a-și transforma versiunea dovadă de principiu într-o baterie mică de lucru, precum cele utilizate în dispozitivele electronice mobile. „Dar tehnologia ar putea fi la fel de importantă pentru vehiculele electrice și hibride în viitor”, subliniază Bruce.