Команда инженеров из японского Национального института материаловедения (NIMS) при поддержке японского конгломерата SoftBank создала литий-воздушный аккумулятор с рекордным показателем плотности энергии - более 500 ватт-часов на килограмм ( Втч/кг).

Electric car battery pack.kool99/iStock

Для сравнения, плотность энергии новой батареи почти в два раза выше, чем у батареи, используемой в Tesla Model 3. Помимо того, что батарея обладает самой высокой плотностью энергии и самым длительным сроком службы, она может функционировать при комнатной температуре. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Materials Horizons.

Данный факт имеет очень большое значение, поскольку может подготовить почву для практического использования литий-воздушных батарей. Как только технология достигнет коммерческой стадии, такие батареи могут найти свое место в мобильных телефонах, электромобилях и, возможно, даже в электрических пассажирских самолетах.

Литий-воздушные батареи выходят на первый план

Литий-воздушная батарея - это разновидность металло-воздушного электрохимического элемента или иными словами аккумулятора, который вырабатывает электричество путем окисления лития на аноде и восстановления кислорода на катоде. Возможно, однажды он станет идеальным перезаряжаемым устройством. Это будет легкий и высокопроизводительный аккумулятор с потенциальной плотностью энергии, во много раз превышающей плотность энергии обычных литий-ионных элементов. Возможно, пройдет всего несколько лет, и они займут достойное место в таких технологиях, как беспилотники, электромобили и бытовые системы хранения электроэнергии.

Однако на сегодняшний день существует лишь несколько успешно изготовленных образцов литий-воздушных батарей. Отчасти это объясняется тем, что значительная часть таких элементов состоит из тяжелых неактивных компонентов, которые не принимают непосредственного участия в процессах, происходящих в батарее.

Команда, создавшая новый аккумулятор, ранее уже занималась решением этой проблемы, разрабатывая уникальные материалы, которые значительно улучшают характеристики литий-воздушных батарей. И вот теперь, объединив все новые компоненты  и технологии производства, исследователи создали совершенно новый вид  литий-воздушных аккумуляторов.

Новая батарея имеет плотность энергии более 500 Вт-ч/кг, что примерно в два раза превосходит литий-ионную батарею Panasonic Tesla Model 3 с плотностью энергии 260 Вт-ч/кг.

Кроме того, исследователи заявили, что многократные процессы разряда и заряда осуществляются при комнатной температуре, а показатели плотности энергии и срока службы батареи являются одними из самых высоких из когда-либо достигнутых.

Порог в 500 Втч/кг: Электрический пассажирский самолет? 

Показатель в 500 Втч/кг - это огромное достижение, поскольку инженеры считают его отправной точкой, после которой создание региональных электрических пассажирских самолетов - устойчивых, эффективных и практически бесшумных - станет реальностью.

"Цифры, о которых они говорят, интересны тем, что они находятся в той точке, когда станет возможным электрический полет на средние расстояния - это своего рода святой Грааль", - сказал Forbes Патрик Уилер, глобальный директор Института аэрокосмических технологий и профессор кафедры электротехники и электроники Ноттингемского университета. "Если вам нужен полностью электрический полет на большое расстояние, то нынешние литий-ионные батареи не справятся с этой задачей, потому что они слишком большие и тяжелые".

И это еще не все, поскольку новая литий-воздушная батарея может предложить множество других преимуществ. 

"Это дает нам аккумулятор, который значительно превосходит современные технологии по накоплению энергии", - сказал Уилер. " Тревога за дальность хода все еще является проблемой для электромобилей, поэтому если вы сможете заменить аккумуляторную батарею современного электромобиля на что-то, что позволит вам проехать вдвое, втрое большее расстояние, это будет отличным решением".

Следующим шагом для исследователей станет разработка более эффективных материалов, которые они смогут интегрировать в новый литий-воздушный аккумулятор для увеличения его срока службы. После этого ученые попытаются ускорить процесс ввода новой технологии в эксплуатацию.

Источники: Journal Materials Horizons, Forbes, Journal. Science Daily
(https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220120140724.htm )
(https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/MH/D1MH01546J)
(https://www.forbes.com/sites/davidrvetter/2022/02/01/how-this-tesla-busting-battery-could-be-the-holy-grail-for-electric-flight/)