Noul tip de baterii care ar putea să ne scape de grija încărcării

Bateriile furnizează electroni prin reacții chimice reversibile. Asta înseamnă că toți reactanții trebuie să fie în interiorul bateriei, drept pentru care volumul și greutatea bateriei cresc. Însă bateriile litiu-aer ar putea schimba asta.

Aceste baterii conțin litiu metalic pur și nu o substanță chimică ce conține litiu. Litiul reacționează cu oxigenul în aer. Când bateria este încărcată, această reacție este inversată și oxigenul este returnat în atmosferă.

Cu mult mai puține substanțe chimice permanente în interiorul bateriei, este posibil să se obțină o densitate de energie mult mai mare. Există demonstrații ale bateriilor litiu-aer cu o densitate a energiei de cinci ori mai mare decât cea a tehnologiei litiu-ion actuale.

Singurul dezavantaj este că au o durată de viață de aproximativ o lună. Asta pentru că atât oxigenul, cât și litiul metalic sunt destul de reactive.

O echipă de cercetători a descoperit o modalitate de protecție împotriva multor reacții și a arătat că bateria litiu-aer poate supraviețui sutelor de cicluri de încărcare / descărcare într-o atmosferă asemănătoare aerului.

Accentul lucrării a fost pus pe blocarea a ceea ce se numește reacții secundare sau reacții chimice care nu contribuie la funcționarea bateriei. Aceste reacții pot distruge unele componente ale acesteia. Ele pot afecta electrozii, litiul care poartă sarcina și electrolitul care permite litiului să tranziteze între electrozi. Aerul conține o varietate de substanțe chimice – azot, oxigen, apă și altele – care pot participa la aceste reacții adverse.

Pentru a le limita, cercetătorii au folosit o combinație de simulări pe calculator, folosind teoria funcționalității densității, și construirea unui nou hardware. Oamenii de știință au testat hardware-ul sub o atmosferă asemănătoare aerului, cu procente realiste de oxigen, azot, dioxid de carbon și apă, dar fără alte complicații potențiale.

Designul bateriei pe care l-au folosit a avut un anod de litiu-metal. Au acoperit bateria cu carbonat de litiu, ceea ce i-a permis câteva cicluri de încărcare / descărcare sub o atmosferă cu dioxid de carbon pur.

Aceasta a format o plasă densă de cristale pe suprafața litiului, iar simulările au arătat că aceste cristale erau suficiente pentru a bloca tranzitul oxigenului, dioxidului de carbon și azotului.

Pentru electroliți, cercetătorii au folosit un amestec de substanțe chimice organice – tetrafluoroborat de 1-etil-3-metil-imidazoliu amestecat cu dimetilsulfoxid). S-a dovedit că această combinație ar putea avea o contribuție importantă la stabilitatea bateriei prin dispersarea oricărei molecule de gaze sau de apă care s-au dizolvat în ea.

Bateria rezultată a prezentat un comportament stabil pe parcursul a sute de cicluri – autorii au testat una până la 700 de cicluri fără eșec, deși decalajul potențial a crescut treptat de la 1,3V la 1,6V.

Ei concluzionează că „anodul litiu protejat, amestecul de electroliți și catodul de aer de înaltă performanță lucrează în sinergie. Astfel, se furniză o baterie de litiu-aer cu o durată de viață lungă în condiții simulate de atmosferă.”