新しいリチウム空気電池は何百もの生き残ります サイクル

「新しいリチウム空気電池は何百サイクルにも耐えます」拡大する

バッテリーは、可逆的な化学薬品を受けることにより電子を供給します 反応。 それは、すべての反応物が内部になければならないことを意味します バッテリー。重量と体積が増えます。 リチウム空気 バッテリーは状況を変える可能性があります。 で 電極、彼らはよりもむしろ純粋なリチウム金属を持っています リチウム含有化学物質。 他方では、リチウムはと反応します 空気中の酸素。 バッテリーが充電されると、この反応は 逆転し、酸素は大気に戻されます。

バッテリー内の化学物質がずっと少ないため、 はるかに高いエネルギー密度を達成することが可能です。 エネルギー密度が5のリチウム空気電池のデモ 現在のリチウムイオン技術の倍です。 唯一の欠点は? 彼ら 寿命は約1か月です。これは、酸素と 金属リチウムはかなり反応性が高く、部分的には空気が提供するため 反応できる酸素以外の多くのもの。

今、研究者のチームは保護する方法を見つけました これらの反応の多くに対して、結果として バッテリーは、数百回の充電/放電サイクルに耐えることができます 空気のような雰囲気。 これはおそらく研究者が準備ができていることを意味します この素材が実際の空気と出会ったときに何が悪いのかを理解するために。 希望は、それが解決しやすい問題になることです。

副反応

仕事は学者間の米国ベースのコラボレーションによって行われました とアルゴンヌ国立研究所。 焦点は、呼ばれるものをブロックすることでした 副反応、またはに貢献しない化学反応 バッテリーの機能および/またはそのコンポーネントの一部を破壊します。 これらは、電極、電荷を運ぶリチウム、 そして、リチウムが 電極。 さらに複雑なことに、空気にはさまざまなものが含まれています 化学物質-窒素、酸素、水など これらの副反応に参加します。

それらを制限するために、研究者はコンピューターの組み合わせを使用しました シミュレーション(密度汎関数理論を使用)および実際の構築 ハードウェア。 問題を簡素化するために、彼らはハードウェアをテストしました 現実的な割合の酸素を含む空気のような雰囲気、 窒素、二酸化炭素、水、ただしそれ以上 潜在的な合併症。

彼らが使用したバッテリー設計には、リチウム金属アノードがありました。 に それを保護し、研究者はそれを炭酸リチウムでコーティングし、 これは非常に簡単でした。 純粋な二酸化炭素雰囲気下での充電/放電サイクル。 これにより、リチウムの表面に結晶の密なメッシュが形成され、 そして、シミュレーションは、これらの結晶が十分であることを示しました 酸素、二酸化炭素、窒素の通過をブロックします。 取得 その障壁を越えるこれらの分子はエネルギーが高く、 アノードで反応が起こらないようにします。 との反応 水もエネルギー的に好ましくありません。 その結果、 バッテリーは充電/放電サイクルを通じて99.97パーセントを返しました それが始まったアノードへのリチウム。

電解質については、研究者は有機物の混合物を使用しました 以前の研究で実証された化学物質 (ジメチルと混合した1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート スルホキシド)。 これは、 ガスまたは水分子を分散させることによるバッテリーの安定性 それに溶けてしまいました。 バッテリーのほとんどの反応 コンポーネントは、水または炭素の2つ以上の分子を必要としました 二酸化物、しかしシミュレーションは電解質が保障したことを示した 通常、単一の分子のみが利用可能でした 表面。

空気を待っています

最後に、研究者はモリブデンからカソードを作りました ジスルフィド。 この材料は、と互換性のある表面を形成します リチウム酸素反応の生成物、 Li2O2は、上に薄膜を形成することができます カソード。 このフィルムは、水と炭素の存在下では不活性です 二酸化物、望ましくない反応を防ぎます。 この映画が 電解質に解離し、効率的に反応しません そこに水が分散しました。

得られたバッテリーは、何百もの安定した挙動を示しました サイクル-著者は、故障なしで700サイクルまで1回テストしました。 ただし、電位差は1.3Vから1.6Vに徐々に増加しました。 彼らは、「保護されたリチウムアノード、電解質ブレンド、 高性能空気陰極はすべて相乗効果で働き、 シミュレートされた空気の下で長いサイクル寿命を持つリチウム酸素電� 条件。”

その最後のビット、つまり「シミュレートされた空調」は、 クリティカル。 研究者が持っていない理由はありません 実際の空気を使用してこのバッテリーをテストしました。 うまく行っていれば結果を報告しました。 これらの欠如 論文の結果は、同様に実行されなかった可能性があることを示唆しています 実際の空気が与えられたとき。 しかし、この仕事は明らかに解決しました リチウム空気に関する最大かつ最も明らかな問題のいくつか バッテリー。 残っている問題が存在する可能性が高い 比較的マイナー。

Nature、2017。DOI:10.1038 / nature25984(DOIについて)。

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: