Прорыв учёных из Кэмбриджа ускорил планы по промышленному производству воздушно-литиевых аккумуляторов и наши по их утилизации.

Литиевая батарея, как и любой химический источник тока, имеет два полюса (анод и катод), между которыми движутся ионы, а также электролит — среда, которая позволяет заряженным ионам перемещаться, тем самым генерируя ток. Обычные литиевые аккумуляторы используют литий в качестве анода, а вот в качестве катода подбираются различные химические соединения, например, дисульфид железа, кремний и диоксид серы.

Отличие воздушно-литиевых аккумуляторов, или как их ещё называют, литиевых аккумуляторов второго поколения, в том, что в качестве катода они используют кислород, который извлекается из окружающего воздуха. Эта ключевая особенность, «внешний» материал для катода, позволяет уменьшить объём батареи при сохранении мощности.

Схема воздушно-литиевого аккумулятора. Источник: chemistry.st-and.ac.uk

Для оценки возможностей различных батарей используется термин «удельная электроёмкость». Она представляет собой количество энергии, которая батарея может хранить на единицу веса и измеряется в Ватт в часах, хранящихся на килограмм (Вт • ч / кг). Литий-ионные аккумуляторы до последнего времени могли похвастаться высокой электроёмкостью, от 100 до 200 Вт • ч / кг, но воздушно-литиевые батареи теоретически обладают электроёмкостью в 10 000 Вт • ч / кг. И если учёные всё-таки смогут сделать промышленный образец аккумуляторов нового поколения, то мир не будет таким, как прежде.

Но пока в технологии производства воздушно-литиевых аккумуляторов есть несколько серьёзных проблем, и учёные из Кэмбриджа решили некоторые из них. Например, они заменили материал катода, использовав макропористый восстановленный оксид графена вместо традиционного мезопористого углерода. Тем самым учёные увеличили размер поры, что сократило «засорение пор» кристаллами лития. Кроме того они ввели растворитель, который помогает устранять эти кристаллы при перезарядке батареи.

Все эти изменения снизили количество нежелательных химических реакций, ещё на шаг приблизив возможность их промышленного использования. А пока у нас есть время подготовиться к утилизации и этого вида батарей.