Отличительной чертой литиево-воздушных аккумуляторов является отсутствие катода как такового – его функции выполняет атмосферный кислород. Это позволяет существенно уменьшить габариты и вес установки и сделать ресурс ее работы практически неисчерпаемым.
Конструкция литиево-воздушного аккумулятора
Создание таких батарей стало возможным с появлением твердотельных полимерных электролитов, так как взаимодействие традиционного водно-щелочного раствора с литием приводило к бурной реакции с выделением водорода. В новой системе электролит представлен в виде тонкопленочной мембраны, которая служит фильтром, пропускающим ионы лития только в одну сторону.
Конструктивно батарея выглядит так – тонкая литиевая фольга плотно прилегает к полимерной мембране, с противоположной стороны которой расположена пластинка высокопористого углерода. За счет своей структуры она активно абсорбирует кислород из атмосферы, этому же способствует обработка углерода химическим катализатором, в качестве которого чаще всего используется марганец.
Испускаемые литиевой фольгой ионы притягиваются к катионам кислорода, в результате чего создается постоянное движение заряженных частиц, которое и преобразовывается в электрический ток. Как показывают исследования, данная реакция протекает в 5-10 раз более интенсивно, чем при использовании традиционных литий-кобальтовых и графитных электродов.
Преимущества и недостатки данных батарей
Расчетная энергоемкость литиево-воздушного аккумулятора составляет порядка 1600-1700 мАч/г – это гораздо больше, чем у существующих аналогов. Кроме того, литий и графит обладают незначительной массой, а кислород поступает извне, поэтому и размеры батареи и, что более важно, ее масса, невелики. Это дает возможность использовать литиево-воздушные аккумуляторы в качестве перспективного портативного источника энергии.
Однако у таких батарей есть слабое место – это полимерный электрод. Он должен быть органическим и полностью растворять содержащуюся в воздухе влагу, иначе при контакте с литием произойдет взрывоопасное выделение водорода. Но органический полимерный материал дорог в производстве, к тому же на нем быстро скапливается оксид Li2O2, который закупоривает отверстия и препятствует работе мембраны – ее приходиться часто заменять, что удорожает обслуживание батареи.