Američtí vědci vyvinuli novou lithium-vzduchovou baterii s pevným elektrolytem, která má potenciál dosáhnout rekordní hustoty energie. Ta je totiž téměř čtyřikrát vyšší než u lithium-iontových baterií. Testovací článek prokázal stabilitu po dobu 1 000 nabíjecích a vybíjecích cyklů.
Nová lithium-vzduchová baterie
Výzkumníci z Illinoiského technologického institutu a Argonnské národní laboratoře amerického ministerstva energetiky vyvinuli lithium-vzduchovou baterii s pevným elektrolytem na bázi polymerů. Tvrdí, že nabízí vyšší bezpečnost a výkon.
Pevný elektrolyt se skládá z keramického polymerního materiálu vyrobeného z relativně levných prvků ve formě nanočástic. Konkrétně je nový kompozitní elektrolyt založený na nanočásticích Li10GeP2S12 vložených do modifikované polymerní matrice oxidu polyethylenu, která umožňuje chemické reakce, při nichž při vybíjení vzniká oxid lithný (Li2O).
Předešlé lithium-vzduchové konstrukce
V dřívějších lithium-vzduchových konstrukcích se lithium v kovové lithiové anodě během vybíjení pohybuje kapalným elektrolytem. Zde se spojuje s kyslíkem a na katodě vzniká peroxid lithia (Li2O2) nebo superoxid lithia (LiO2). Peroxid lithia nebo superoxid se pak během nabíjení rozkládá zpět na lithiové a kyslíkové složky. Tato chemická sekvence ukládá a uvolňuje energii podle potřeby.
„Chemická reakce superoxidu lithia nebo peroxidu zahrnuje pouze jeden nebo dva elektrony uložené na molekulu kyslíku, zatímco reakce oxidu lithného zahrnuje čtyři elektrony,“ řekl chemik z Argonne Rachid Amine.
Nová konstrukce baterií
V nové konstrukci je reakce se čtyřmi elektrony umožněná smíšeným iontově-elektronově vodivým výbojem a jeho rozhraním se vzduchem.
Více uložených elektronů znamená vyšší hustotu energie. Teoreticky může lithium-vzduchová baterie založená na tvorbě Li2O poskytovat hustotu energie srovnatelnou s benzínem. Má nejvyšší předpokládanou hustotu energie ze všech bateriových technologií, o nichž se uvažuje pro novou generaci baterií nad rámec lithium-iontových.
„Očekáváme, že s dalším vývojem dosáhne naše nová konstrukce lithium-vzduchové baterie také rekordní hustoty energie 1 200 watthodin na kilogram,“ řekl Larry Curtiss, člen Argonne Distinguished Fellow. „To je téměř čtyřikrát lepší než u lithium-iontových baterií.“
Nová konstrukce je také první lithium-vzduchovou baterií, která dosáhla čtyřelektronové reakce při pokojové teplotě. Navíc pracuje s kyslíkem dodávaným vzduchem z okolního prostředí, čímž odpadá potřeba kyslíkových nádrží, což byl problém dřívějších konstrukcí.
Delší životnost
Předchozí zkušební lithium-vzduchové články trpěly velmi krátkou životností. Američtí výzkumníci však tvrdí, že to není případ jejich nové konstrukce baterie, protože jejich testovací článek prokázal stabilitu po dobu 1 000 nabíjecích a vybíjecích cyklů.
Výsledky svého výzkumu popsali v článku „A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte“, který se objevil v nedávném vydání časopisu Science.
Zdroje: pv-magazine, TowPoint
