Новый катализатор приблизит эру литий-кислородных батарей с долгим зарядом

Специалисты из японского Технологического института Сибаура заявили о создании инновационного катализатора, лишенного драгоценных металлов, но не уступающего им по результативности. По мнению экспертов, это достижение способно ускорить коммерциализацию литий-кислородных батарей — концепции, которую эксперты считают одним из наиболее перспективных векторов развития накопителей энергии.

Ключевое достоинство литий-кислородных элементов питания кроется в их колоссальном потенциале энергоемкости. В теории они способны накапливать примерно на порядок больше энергии по сравнению с традиционными литий-ионными аналогами. Успешный выход этой технологии на рынок позволит электромобилям преодолевать рекордные дистанции без дозаправки, а беспилотникам — находиться в небе значительно дольше.

До настоящего момента главным барьером на пути к массовому распространению оставалась астрономическая стоимость. Для катализа кислородных реакций в цикле заряда и разряда традиционно задействуют платину или рутений — дорогостоящие сырьевые материалы, которые критически удорожают готовые батареи.

Группа под руководством профессора Такахиро Исидзаки предложила экономичное решение. Исследователи интегрировали два оксидных соединения — шпинель и перовскит — в единый гибридный катализатор. Практические тесты продемонстрировали, что новосозданный композит превосходит по КПД каждый из исходных элементов по отдельности.

В фазе заряда разработка обошла по продуктивности промышленный оксид рутения, а в фазе разряда показала результаты, сопоставимые с платиновыми аналогами. Особое внимание привлекает минимальный гистерезис — разница потенциалов между зарядом и разрядом составила всего 1,14 В, что является выдающимся достижением для литий-кислородных систем. Чем меньше этот разбой напряжений, тем выше общая действенность аккумулятора и ниже потери энергии.

Не менее значимым открытием стало понимание природы высокой активности катализатора. Инженеры установили, что ключевую роль играют нюансы электронной структуры, а не площадь активной поверхности, как предполагалось ранее.

Авторы проекта полагают, что разработка проложит дорогу к появлению дальнобойных электрокаров, автономных дронов нового поколения и емких буферов энергии для возобновляемой энергетики. Более того, методика может найти применение в сферах, связанных с генерацией чистого водородного топлива.

Тем не менее, говорить о скором внедрении таких батарей в коммерческую электронику преждевременно. Проект находится на лабораторной стадии, и до реализации в масштабах индустрии исследователям предстоит преодолеть целый ряд технологических преград.

Источник: iXBT