Батареи "из полимера и воздуха" заменят литий-ионные: когда и почему это произойдет

Джоди Луткенхаус, профессор Техасского университета A&M (США) разработала метод использования полимера в качестве анода в полимерно-воздушных батареях. Это поможет улучшить их электрохимические характеристики, передает Techxplore.

Полимерно-воздушные батареи стоят дешевле, чем литий-ионные и являются более безопасными. Более того, их отличает высокая ионная проводимость и устойчивость, однако их электрохимические характеристики ограничены, отсюда и возникают проблемы со стабильностью и кинетикой. Профессор Джоди Луткенхаус попыталась решить эти проблемы, выяснив, как полимеры хранят и обмениваются зарядом с электролитом.

"Катод вступает в реакцию с кислородом, замыкая цепь. В своей работе я использовала полимер с жесткой структурой основной цепи в качестве анода", — рассказала Луткенхаус.

По ее словам, полимер с жесткой структурой является одновременно проводящим и стабильным, обеспечивая обратимые реакции, необходимые для повторной зарядки и разрядки. Исследовательница изучила альтернативные полимерные аноды, имеющие ряд преимуществ перед металлическими анодами, включая низкую стоимость и высокий уровень стабильности.

Жесткая "лестничная" конструкция аккумулятора, быстрая кинетика и высокая электропроводность позволили полимерно-воздушной выдержать 500 циклов заряда/разряда с минимальной потерей производительности. Кроме того, ученая разработала механизм переноса заряда в реальном времени, компенсирующий заряд ионов гидроксония.

Такие проблемы, как образование дендритов, пассивации и коррозии металлических анодов, приводят понижению циклической устойчивости металло-воздушных батарей. Полимерно-воздушный аккумулятор может послужить альтернативой, заменив металло-воздушные аналоги.

"Полимерно-воздушная батарея обладает высокой емкостью хранения энергии и очень длительным сроком службы", — подчеркнула профессор Джоди Луткенхаус.

Исследовательница отметила, что воздушные батареи перспективны в качестве аккумуляторов высокой энергии, поскольку имеют меньшую массу, по сравнению с другими аналогами. Однако длительная эксплуатация воздушных батарей часто приводит к образованию карбонатных отложений, которые "забивают" аккумулятор, чем сокращают срок ее службы.

"Используя полимер в качестве электрода, мы могли бы изменить электролит, чтобы предотвратить образование карбонатов", — резюмировала Луткенхаус.