Результаты опубликованы в журнале Nature от 11 января 2016 года.Сегодняшние литий-воздушные батареи (в которых металлический литий анода или положительной клеммы реагирует с кислородом воздуха) имеют большие перспективы, поскольку они хранят энергию в виде химических связей оксидных соединений.
Версии, протестированные на сегодняшний день, сохраняют и выделяют энергию перекиси лития, нерастворимого вещества, которое забивает электрод батареи.Ученые-разработчики аккумуляторов из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали прототип, который, по их утверждениям, обладает удивительной способностью производить только супероксид лития, а не перекись, при разряде аккумулятора.
В отличие от проблемной перекиси лития, супероксид лития снова легко распадается на литий и кислород, что дает возможность создать батарею с высокой эффективностью и длительным сроком службы.Группа Argonne разработала батарею, которая потребляет один электрон, а не два, и производит супероксид, сказал Амин Салехи-Ходжин из UIC, доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии. Но доказать, что реакция имела место, было сложно.
«Анализ ex-situ недостаточно точен, чтобы доказать такое громкое заявление», — сказал он.Салехи-Ходжин и научный сотрудник, получивший докторскую степень Мохаммад Асади, разработали современный прибор для масс-спектроскопии для измерения продуктов электрохимической реакции на месте во время зарядки или разрядки батареи.
Система работает в сверхвысоком вакууме и «очень чувствительна к малейшим изменениям концентрации кислорода», — сказал Асади, который является одним из пяти первых авторов статьи в Nature.Впервые исследователи UIC смогли показать, что на каждый атом кислорода образуется один электрон, что указывает на образование в батарее супероксида лития, а не пероксида. Они также смогли показать, что никакие другие соединения лития не образуются в качестве побочных продуктов.«Это будет ценная система для продолжения изучения этой батареи и других типов металло-воздушных батарей», — сказал Салехи-Ходжин. «Мы можем не только анализировать продукты электрохимической реакции, мы можем выяснить путь реакции.
Если мы знаем путь реакции, мы будем знать, как разработать следующее поколение этой батареи с точки зрения энергоэффективности и рентабельности».Работа финансировалась Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии и Управлением науки Министерства энергетики США.Другими авторами статьи в журнале Nature являются Цзюнь Лу из Аргонны, Дэньюнь Чжай, Цзунхай Чен, Халил Амин, Сянъи Луо, Ка Чун Лау, Сянь-Хау Ван, Скотт Бромбош, Ларри А. Кертисс, Цзяньго Вен и Дин Дж.
Миллер; Юн Чжон Ли, Йо Суб Чжон, Пак Джин-Бом и Ян-Кук Сун из Университета Ханян в Сеуле; Чжиган Зак Фанг из Университета Юты; и Биджандра Кумар из Университета Кентукки.