Совместная исследовательская группа из японского Национального института материаловедения и компании Toyo Tanso, специализирующейся на углеродных материалах, объявила о разработке нового углеродного электрода, который может значительно улучшить характеристики литий-воздушных аккумуляторов.
Эти батареи считаются перспективными благодаря своему малому весу и высокой энергоёмкости, что крайне важно для таких секторов, как электрические самолёты и электромобили. Разработка направлена на решение трёх основных проблем, мешавших коммерциализации этих аккумуляторов: низкой выходной мощности, короткого срока службы и плохой масштабируемости.
Исследователям удалось не только создать новый электрод, но и продемонстрировать его работу в прототипе батареи. Они построили работающий стабильно сложенный литий-воздушный аккумулятор класса 1 Вт·ч с электродом размером 4 на 4 сантиметра, что доказывает возможность масштабирования данной технологии для промышленности. Ранее создаваемые образцы батарей имели значительно меньшую ёмкость и были непригодны для серьёзных применений.
Для производства электрода пористый углеродный материал Toyo Tanso «CNovel», известный контролируемой мезопористой структурой, был объединён с уникальной технологией института по созданию самонесущих углеродных мембран. В результате получился электрод со слоистой пористой структурой, который улучшает движение ионов и химические реакции в батарее. Сообщается, что литий-воздушная батарея с такими электродами продемонстрировала стабильную работу более чем на 150 циклов при высокой плотности тока. Более того, повышенная кристалличность углерода одновременно повышает долговечность электрода и увеличивает срок службы аккумулятора.
Важно, что команда также разработала метод изготовления крупных электродов размером 10 на 10 сантиметров и более, что закладывает прочную основу для будущего создания больших ячеек батарей. В то время как лучшие современные литий-ионные аккумуляторы с трудом преодолевают планку в 300 Вт·ч/кг, литий-воздушные батареи теоретически обладают плотностью энергии, которая в перспективе может сравниться с бензином. Это достижение приближает будущее с электрическими самолётами и электромобилями с увеличенным запасом хода.