Япония: Новая работа для углекислого газа

25.02.11 | Рубрика: Литиевые источники тока, Новости от потребителей. Просмотры: 1 233

Cовременную жизнь уже практически невозможно представить без источников энергии, работающих на основе лития. И если литий-ионные источники тока уже прочно обосновались во многих портативных устройствах, то до масштабного промышленного производства литий-воздушных аккумуляторов остаются еще многие годы. А в это время в научных лабораториях по всему миру каждый день рождаются новые гениальные (и не очень) идеи повышения плотности запасаемой энергии.

Японские учёные, работающие на одного из автомобильных гигантов – корпорацию Toyota, обнаружили уникальный факт. Для начала авторы собрали стандартную модель литий-воздушной ячейки: анод – металлический литий, катод – полимер с нанесённым углеродом, между ними полимерный электролит. Только вместо воздуха или чистого кислорода, которые выступают в качестве газа-носителя, реагирующего с ионами Li+ на катоде большинства литий-воздушных батарей, была использована смесь последнего с диоксидом углерода (рис. 1). Как оказалось, ёмкость «батарейки» значительно зависит от содержания углекислого газа в смеси (рис. 2). Уже 10% CO2 по объёму приводит к увеличению ёмкости аккумулятором в два раза по сравнению со стандартным кислородным, а при 30% CO2 – в три раза. Максимальная ёмкость, достигнутая в работе, составляет 5 860 мАч/г при эквимолярном соотношении компонентов в смеси.

Рис. 2. Кривые разрядки при различном соотношении кислорода и углекислого газа

в рабочей смеси (плотность тока 0,2 мА/см²)

Данное уникальное явление японские учёные объясняют практически полным заполнением полостей катода продуктами разрядки. Ведь хорошо известно, что полностью заполнить объём катода в случае литий-воздушных батареек не удаётся даже при низких скоростях разрядки. А это ведёт к значительному снижению удельной ёмкости устройства. В случае добавления в газовую смесь 50% диоксида углерода после полуцикла разрядки все полости полимерного катода оказываются заполнены, что было показано с помощью метода электронной микроскопии (рис. 3). По данным ИК-спектров осадок на катоде представляет собой преимущественно карбонат лития. По мнению японских учёных столь высокий процент заполнения (а следовательно и высокая удельная ёмкость) объясняется кинетическими затруднениями реакции образования осадка Li2CO3 на катоде.

Рис. 3. Данные растровой электронной микроскопии материала катода до (а) и после (b) разрядки

(50% углекислого газа, плотность тока 0,1 мА/см²)

К сожалению, предлагаемое устройство пригодно для использования лишь в качестве первичных источников тока из-за трудностей, связанных с медленных растворением карбоната лития при зарядке. Однако высокая удельная ёмкость и возможность использования в качестве «топлива» продуктов сгорания органического сырья делают использование предлагаемого устройства достаточно перспективным.

battery-industry.ru — Отраслевой Аккумуляторный Портал

Источник: Нанометр