Супероксид дает литий

Министерство энергетики / Аргоннская национальная лаборатория

Изображение: Согласование решеток между LiO2 и Ir3Li может быть ответственным за продукт разряда LiO2, обнаруженный в катодном материале Ir-rGO.посмотреть больше

Авторы и права: Аргонн/Ларри Кёртисс

В то время как литий-ионные батареи изменили нашу повседневную жизнь, исследователи в настоящее время пытаются найти новые химические соединения, которые могли бы предложить еще лучшие энергетические возможности. Один из этих химических соединений, литий-воздушный, может обещать большую плотность энергии, но имеет и определенные недостатки.

Теперь, благодаря исследованиям Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), один из этих недостатков, возможно, преодолен.

Все предыдущие работы над литий-воздушными аккумуляторами показали одно и то же явление: образование пероксида лития (Li2O2) — твердого осадка, закупоривающего поры электрода.

Однако в недавнем эксперименте ученые из Аргонна Джун Лу, Ларри Кертисс и Халил Амин вместе с американскими и корейскими сотрудниками смогли получить стабильный кристаллический супероксид лития ((LiO2) вместо пероксида лития во время разрядки аккумулятора. В отличие от пероксида лития, Супероксид лития может легко диссоциировать на литий и кислород, что приводит к высокой эффективности и длительному сроку службы.

«Это открытие действительно открывает путь для потенциальной разработки нового типа батарей», — сказал Кёртисс. «Хотя требуется гораздо больше исследований, срок службы батареи — это то, что мы искали».

Основное преимущество батареи на основе супероксида лития, как объяснили Кертисс и Амин, заключается в том, что она позволяет, по крайней мере теоретически, создать литий-воздушную батарею, состоящую из того, что химики называют «закрытой системой». Открытые системы требуют постоянного поступления дополнительного кислорода из окружающей среды, тогда как закрытые системы этого не требуют, что делает их более безопасными и эффективными.

«Стабилизация супероксидной фазы может привести к разработке новой закрытой аккумуляторной системы на основе супероксида лития, которая потенциально может обеспечить в пять раз большую плотность энергии, чем ион лития», — сказал Амин.

Кертисс и Лу объяснили рост супероксида лития расстоянием между атомами иридия в электроде, использованном в эксперименте. «Похоже, что иридий послужит хорошей матрицей для роста супероксида», — сказал Кёртисс.

«Однако это всего лишь промежуточный шаг», — добавил Лу. «Нам нужно научиться разрабатывать катализаторы, чтобы точно понять, что происходит в литий-воздушных батареях».

###

Исследователи подтвердили отсутствие пероксида лития с помощью рентгеновской дифракции, предоставленной Advanced Photon Source, пользовательским центром Министерства энергетики США, расположенным в Аргонне. Им также было выделено время на суперкомпьютере Mira в Аргоннском вычислительном центре, который также является пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США. Исследователи также выполнили часть работы в Аргоннском Центре наноразмерных материалов, который также является пользовательским центром Министерства энергетики США.

Исследование, основанное на этом исследовании, появилось в номере журнала Nature от 11 января.

Работа финансировалась Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии и Управлением науки Министерства энергетики.

Аргоннская национальная лаборатория ищет решения насущных национальных проблем в области науки и техники. Первая национальная лаборатория страны, Аргонна, проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах. Исследователи из Аргонна тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов, а также федеральных, государственных и муниципальных учреждений, чтобы помочь им решить их конкретные проблемы, продвинуть научное лидерство Америки и подготовить нацию к лучшему будущему. Компания Argonne, в которой работают сотрудники из более чем 60 стран, управляется компанией UChicago Argonne, LLC Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Управления науки.