Специалисты из японского Национального института материаловедения совместно с компанией Toyo Tanso, занимающейся производством углеродных материалов, представили инновационный углеродный электрод, способный существенно повысить эффективность литий-воздушных аккумуляторов. Такие батареи привлекают внимание благодаря небольшой массе и впечатляющей энергоемкости, что особенно актуально для развития электрической авиации и автомобилестроения.
Новая разработка призвана устранить три ключевые проблемы, препятствовавшие массовому внедрению литий-воздушных батарей: недостаточную мощность, ограниченный ресурс работы и сложности с увеличением размеров, пишет New-Science.ru. Ученые не только спроектировали усовершенствованный электрод, но и создали действующий образец батареи. Они собрали стабильно функционирующий многослойный литий-воздушный аккумулятор мощностью 1 Вт·ч с электродом площадью 4 на 4 сантиметра, подтвердив перспективы промышленного масштабирования технологии. Предыдущие опытные образцы обладали гораздо меньшей емкостью и не подходили для практического использования.
При изготовлении электрода применялся пористый углеродный материал CNovel производства Toyo Tanso с регулируемой мезопористой структурой, который соединили с разработанной институтом технологией создания самонесущих углеродных мембран. Получившийся электрод со слоистой пористой архитектурой обеспечивает улучшенное перемещение ионов и протекание химических процессов внутри батареи. Литий-воздушный аккумулятор с подобными электродами показал устойчивую работу на протяжении более 150 циклов зарядки при высокой плотности тока, а повышенная кристалличность углерода одновременно увеличивает прочность электрода и общий срок службы батареи.
Исследователи также отработали методику производства крупноформатных электродов размером от 10 на 10 сантиметров и больше, что создает надежную базу для дальнейшего выпуска батарей увеличенного размера. Современные литий-ионные аккумуляторы с трудом достигают показателя в 300 Вт·ч/кг, тогда как литий-воздушные батареи теоретически способны обеспечить плотность энергии, сопоставимую с бензином. Данное достижение приближает эпоху электрических самолетов и автомобилей со значительно увеличенным запасом хода.