Powstają akumulatory litowo-powietrzne

Zastosowanie anody litowej zamiast anody grafitowej oraz tlenu (O2) pochodzącego z powietrza jako katody powinno pozwolić na 10-krotne zwiększenie gęstości energii. Problemem jest jednak to, że redukcja O2 następująca w wyniku reakcji z jonami litu prowadzi do osadzania się na katodzie stałego produktu oraz do zatkania katody. Aby temu zaradzić, naukowcy wykorzystali pionierskie, radykalne rozwiązanie.

W ramach projektu LABOHR (Lithium-air batteries with split oxygen harvesting and redox processes), finansowanego ze środków UE, badano działania akumulatorów litowo-powietrznych w konfiguracji zatopionej (dwufazowej), w której elektrolit pełni dwojaką rolę: nośnika ładunków i nośnika O2.

Konwencjonalne akumulatory metalowo-powietrzne, a także ogniwa paliwowe, wykorzystują trójfazowe punkty styku z katodą. Zapewniają one transport elektronów i wodoru oraz dopływ O2. Jednakże w przypadku akumulatorów litowo-powietrznych konfiguracja pracy zmienia porowatość i hydrofobowość katody ze względu na tworzenie się produktów redukcji na trójfazowych punktach styku.

W przełomowym projekcie uczeni badali dwufazową konfigurację elektrod (konfigurację zanurzoną). Elektrolit (nośnik ładunku) jest także wykorzystywany jako nośnik O2, który pozyskuje O2 z powietrza przy pomocy zewnętrznego urządzenia.

W koncepcji LABOHR zastosowano nieszkodliwe dla środowiska elektrody z cieczami jonowymi (IL) i nanostrukturalne elektrody pobierające suchy tlen z powietrza. Naukowcy przygotowali i przetestowali materiały dla anod i katod, opracowali koncepcję pozyskiwania O2 oraz przygotowali i zastosowali w systemach elektrod liczne ciecze jonowe, a także stałe elektrolity polimerowe. Podstawowe badania dostarczyły parametrów fizykochemicznych dla modelu pełnego akumulatora litowo-powietrznego.

Choć praktyczne zastosowanie akumulatorów litowo-powietrznych będzie miało miejsce dopiero za dziesięć–dwadzieścia lat, projekt LABOHR wnosi bardzo ważny wkład w ich opracowanie. Omawiane badania potwierdzają znaczenie wykorzystania elektrolitu opartego na roztworze cieczy jonowej dla uporania się z problemem reaktywności i lotności rozpuszczalnika, a także wskazują na trudności związane z pracą akumulatorów litowo-powietrznych w konfiguracji trójfazowej. Koncepcja rozpuszczalnego transportera redoks otwiera nową drogę ku praktycznemu zastosowaniu akumulatora litowo-tlenowego. W bliższej perspektywie badania nad materiałami do elektrolitów i elektrod powinny znaleźć zastosowanie w akumulatorach litowo-jonowych.