Bateriile cu litiu-oxigen primesc un plus de energie

Un nou tip de baterie litiu-oxigen ar putea împacheta mai multă energie și poate dura mai mult decât predecesorii săi.

Bateriile cu litiu-oxigen, care sunt mai dense energetic și sunt fabricate din materiale mai durabile decât celulele litiu-ion tipice, sunt candidați promițători pentru următoarea generație de baterii reîncărcabile (SN: 21/01/17, str. 22). Dar bateriile cu litiu-oxigen nu sunt încă utilizate pe scară largă, deoarece mor atât de repede. Prin modificarea materialelor de construcție, cercetătorii au construit acum o baterie cu litiu-oxigen care poate elibera aproape 100% din încărcarea stocată și poate fi reîncărcată de cel puțin 150 de ori. Această baterie, descrisă în 24 august Ştiinţăar putea deveni într-o zi o sursă de energie mai fiabilă și mai densă în energie pentru mașinile electrice sau alte componente electronice.

Celulele cu litiu-oxigen sunt formate din doi electrozi, un anod și un catod, separați de o substanță numită electrolit. Când bateria alimentează un alt dispozitiv, moleculele de oxigen de pe catod se combină cu ionii de litiu din electrolit pentru a forma un compus solid numit peroxid de litiu. Acea reacție chimică eliberează energie. Reîncărcarea bateriei descompune peroxidul de litiu, readucend oxigenul și litiul în pozițiile lor de pornire.

Dar forjarea peroxidului de litiu generează mai multe produse secundare chimice nedorite, care irosesc energie. Ca rezultat, o baterie cu litiu-oxigen poate fi capabilă să livreze doar aproximativ 80% din încărcarea electrică stocată dispozitivului pe care îl alimentează. Aceste substanțe chimice deranjante deteriorează, de asemenea, electrolitul și catodul bateriei, astfel încât bateriile deseori se defectează după doar câteva zeci de reîncărcări, spune Larry Curtiss, chimist de materiale la Laboratorul Național Argonne din Lemont, Illinois, care nu a fost implicat în lucrare.

Pentru a construi o baterie mai bună cu litiu-oxigen, chimistul Linda Nazar de la Universitatea Waterloo din Canada și colegii săi au înlocuit electrolitul organic tipic pentru o sare topită anorganică și catodul standard pe bază de carbon pentru unul pe bază de metal.

În această nouă baterie, oxigenul se combină cu litiul pentru a crea oxid de litiu. Această reacție chimică poate stoca cu 50% mai multă energie decât reacția cu peroxid de litiu. Ca rezultat, noul design poate face baterii mai dense de energie decât configurația anterioară. În plus, oxidul de litiu nu produce subprodusele chimice supărătoare pe care le produce peroxidul de litiu. Acest lucru permite noii baterii cu litiu-oxigen să elibereze aproape toată sarcina electrică stocată către alte dispozitive și să se reîncarce de mai multe ori decât alte celule cu litiu-oxigen.

Aceste baterii noi ar putea fi folosite în cele din urmă pentru a alimenta mașinile electrice, dar există încă „căi de făcut înainte ca acestea să poată fi folosite efectiv în vehicule”, spune Curtiss. Asta pentru că noile baterii trebuie încălzite la cel puțin 150° Celsius pentru a funcționa. „Trebuie să găsești o modalitate de a încălzi asta când pornești mașina”, spune el.

Schimbarea substanței utilizate pentru electrolitul bateriei poate reduce temperatura de funcționare a acesteia, spune Yang Shao-Horn, cercetător în energie și materiale la MIT, al cărui comentariu asupra studiului apare în același număr al Ştiinţă. Astfel de baterii cu litiu-oxigen ar putea servi și ca surse compacte de energie pentru avioane, nave spațiale și submarine, spune ea.