Новая техника позволяет наблюдать за электрохимическими процессами в литиевых батареях

Литий-воздушные аккумуляторы в перспективе способны превзойти по энергоемкости литий-ионные аналоги такой же массы в четыре раза. Тем не менее, отсутствие детального понимания того, как литий взаимодействует с кислородом, до последнего времени затрудняло разработку практичных литий-воздушных батарей. Большинство экспериментальных образцов испытывали большие потери энергии в процессе зарядки и разрядки и оказались неспособны поддерживать функциональность на протяжении большого количества циклов эксплуатации.

Возможность непосредственно наблюдать электрохимические процессы, протекающие внутри литий-воздушных батарей по мере их зарядки и разрядки, обещает предоставить новая методика, разработанная сотрудниками MIT. О ней рассказано в публикации, появившейся в журнале Scientific Reports.

Новая разработка потребовала использования особого вида источников рентгеновского излучения высокой интенсивности. В эксперименте была задействована одна из всего двух, существующих в мире установок рентгеновской фотоэлектронной микроскопии — Advanced Light Source (ALS), которая находится в Национальной лаборатории Беркли (штат Калифорния).

Объектом исследования стала опытная версия твердотельной литий-воздушной батареи, изготовленная в Oak Ridge National Laboratory. При разрядке такие батареи привлекают некоторое количество ионов лития для связывания кислорода в перекиси лития.

Ученые смогли получить детальную картину протекания этой реакции и показать, что она является обратимой на поверхностях металлических оксидов. Было продемонстрировано, что использование оксидов металлов в качестве кислородного электрода позволяет аккумулятору сохранять работоспособность на протяжении многих циклов.

Помимо увеличения срока эксплуатации, предложенная методика будет способствовать повышению общей эффективности удерживания энергии между зарядкой и разрядкой. Кроме того, по мнению авторов, в дальнейшем, она сможет применяться для изучения широкого круга различных электрохимических процессов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365