Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова работают над усовершенствованием литий-воздушных аккумуляторов, которые во много раз превышают ключевые показатели литий-ионных. Результаты последних исследований представлены в статье, опубликованной в журнале The Journal of Physical Chemistry C, сообщает пресс-служба университета.
Работа ученых посвящена исследованию процессов электрохимического восстановления кислорода в литий-воздушном аккумуляторе. «Разработка нового типа металл-воздушных батарей с неводными электролитами, а именно литий-воздушных источников тока, наделав много шума несколько лет назад, сегодня зашла в тупик. Оказалось, что восстановление кислорода в этих литий-воздушных аккумуляторах проходит крайне сложно и многоступенчато и к тому же сопровождается кучей нежелательных побочных реакций. Желание многих исследователей и инноваторов поскорее коммерциализировать такие батарейки, которые могли бы превысить ключевые показатели литий-ионных аккумуляторов во много раз, оказалось нереализуемым без глубокого понимания механизмов процессов, протекающих внутри аккумулятора», — рассказал кандидат химических наук Даниил Иткис, старший научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и один из авторов исследования.
В итоге, современный литий-воздушный аккумулятор невозможно перезарядить более чем несколько раз. После нескольких циклов перезаряда углеродный положительный электрод, на котором происходит реакция кислорода с литием, перестает проводить электрический ток. Это происходит из-за образующихся супероксид-анионов. Эти частицы настолько активны, что провоцируют реакции окисления электролита и углеродного электрода. При этом материалы «портятся», а электролит расходуется на эти побочные процессы.
Поиск уязвимых мест в углеродном материале, которые подвергаются деструкции, позволит ученым приблизить литий-воздушные аккумуляторы к реальности и впоследствии перенести их изготовление из лаборатории на масштабное производство. Научная группа Даниила Иткиса показала, что механизм реакции может быть различным в зависимости от степени дефектности углеродного материала, из которого изготавливают электроды. В своей работе ученые сравнивали, как протекает процесс на разных модельных графитовых электродах. Ранее в других своих работах исследователи предположили, что атака на углеродные материалы супероксид-анионов начинается в местах, где в углероде есть дефекты. В данной работе ученые подтвердили эту гипотезу в реально используемых электролитах.
«Глобально результат неутешительный, так как совсем бездефектным материал быть не может. Это означает, что нужно искать пути, как сместить зону, где протекает реакция подальше от углеродного материала. Над этим мы сейчас активно думаем», — сказал Даниил Иткис.
[Фото: Электрохимические ячейки, использующиеся для исследования процессов в литий-воздушных аккумуляторах / Даниил Иткис]
