Группа исследователей из Японского национального института материаловедения (NIMS) при поддержке японского конгломерата SoftBank разработала литий-воздушную батарею с рекордной плотностью энергии – более 500 ватт-часов на килограмм (Втч/кг). Об этом сообщает интернет-издание Interesting Engineering (IE). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Чтобы оценить значение разработки NIMS, следует отметить: их новая батарея имеет почти вдвое большую плотность энергии, чем батарея, используемая в наиболее «продвинутом» по этим параметрам электромобиле Tesla Model 3. Это очень много, поскольку может проложить путь к дальнейшему практическому использованию литий-воздушных батарей – в мобильных телефонах, электромобилях и, возможно, даже в электрических пассажирских самолетах.
В дополнение к достижению самой высокой плотности энергии и самого длительного срока службы, батарея NIMS обладает способностью заряжаться и разряжаться при комнатной температуре. Об этом говорится в итогах исследования, опубликованных в научном журнале Materials Horizons .
Литий-воздушная батарея – это электрохимический элемент, который вырабатывает электричество за счет окисления лития на аноде и восстановления кислорода на катоде. У этой технологии есть перспектива стать лучшей перезаряжаемой батареей: она легкая и имеет большую емкость, а потенциальная плотность энергии во много раз выше, чем у обычных литий-ионных батарей.
Однако на данный момент успешно произведено лишь несколько вариантов литий-воздушных аккумуляторов. Отчасти это связано с тем, что значительная доля массы этих батарей содержит тяжелые неактивные компоненты, которые напрямую не участвуют в процессах работы аккумуляторов.
Команда разработчиков новой батареи из NIMS ранее работала над решением этой проблемы, разрабатывая уникальные материалы, которые значительно улучшают характеристики литий-воздушных батарей. Теперь, объединив эти новые материалы и усовершенствованные технологии изготовления, они создали совершенно новый вариант литий-воздушной батареи.
Исследователи также заявили, что повторяющиеся реакции на разрядку и зарядку происходят при комнатной температуре и что плотность энергии батареи и статистические данные о сроке службы являются одними из самых высоких из когда-либо достигнутых.
Новая батарея имеет плотность энергии более 500 Втч/кг, то есть преодолела рубеж, который инженеры считают минимально необходимым для того, чтобы создание электрических пассажирских самолетов для внутрирегионального авиасообщения – экологичных, эффективных и почти бесшумных – стало в принципе возможным.
«Чтобы сконструировать и построить полностью электрический самолет для полетов на средние и большие расстояния, нынешние литий-ионные батареи для этого не подходят по своим возможностям, прежде всего – потому что они слишком большие и тяжелые», – отмечает Патрик Уилер, директор Института аэрокосмической промышленности и технологии и профессор кафедры электротехники и электроники Ноттингемского университета в Великобритании.
Новый литий-воздушный аккумулятор может предложить и множество других преимуществ. «Это дает батарею, которая значительно лучше сохраняет энергию, чем то, что мы имеем сегодня. Обеспокоенность о достаточном запасе хода на одной зарядке по-прежнему является проблемой для электромобилей, поэтому, если станет возможным заменить нынешнюю аккумуляторную батарею на что-то, что способно обеспечить проезд вдвое-втрое дальше, это будет удачное решение», – поясняет Уилер.
Следующим шагом для исследователей NIMS предполагается разработка материалов для аккумуляторов с более высокими характеристиками, которые они могут интегрировать в новую литий-воздушную батарею для увеличения срока ее службы. Кроме того, они намерены ускорить попытки коммерческого использования нового типа батарей.