FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

Ученые МГУ выяснили, почему литий-воздушные аккумуляторы приходят в негодность

Сотрудники физического и химического факультетов МГУ имени М.В.Ломоносова при помощи моделирования определили, какие процессы лежат в основе перехода электродов литий-воздушных аккумуляторов в неактивное состояние. Результаты работы опубликованы в Journal of Physical Chemistry C.

Литий-воздушные аккумуляторы — устройства, вырабатывающие электроэнергию буквально из воздуха, такие аккумуляторы ещё называют литий-кислородными. Они легкие и за счет большей плотности энергии гораздо более эффективны, чем литий-ионные конкуренты. Литий-воздушные аккумуляторы могут оказаться очень востребованными, например, для увеличения пробега электромобилей без подзарядки. Но, несмотря на все преимущества, промышленное производство литий-воздушных аккумуляторов ещё не запущено: их разработчики сталкиваются с технологическими сложностями, которые пока что не могут решить.

«Литий-воздушный аккумулятор потенциально может обладать в три-пять раз большей удельной энергией, чем современные литий-ионные батареи. Одна из главных проблем разработки таких аккумуляторов — пассивация электрода, то есть переход поверхности материала электрода в неактивное состояние. Мы получили новые данные о механизме реакции и на их основе предложили способы замедлить пассивацию электрода. Предложенную нами методику можно использовать для поиска наиболее подходящих растворителей для электролитов и электродных материалов», — рассказал Артем Сергеев, один из авторов статьи, аспирант кафедры физики полимеров и кристаллов отделения физики твердого тела физического факультета МГУ.

Для нормальной работы литий-воздушных аккумуляторов требуется чистый кислород, а не воздух, представляющий собой смесь атмосферных газов. Углекислый газ и влага, содержащиеся в воздухе, замедляют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе действия аккумулятора. Чтобы обойти эти препятствия, требуется, по разным оценкам, от 5 до 10 лет. Ученые МГУ исследуют процессы, препятствующие безотказной работе литий-воздушных батарей.

«Вообще, в случае успеха разработки, аккумулятор должен быть литий-воздушным, то есть использовать атмосферный воздух. Нежелательные его компоненты (влага, углекислый газ) должны быть «отфильтрованы» специальными мембранами. Но сейчас существуют и более фундаментальные проблемы, поэтому для их решения, как правило, используют литий-кислородные ячейки, куда подают чистый кислород из баллонов», — прокомментировал Алексей Хохлов, один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, академик РАН, заведующий кафедрой физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ.

В литий-воздушном аккумуляторе катод (положительный электрод) — пористая углеродная губка, в пустотах которой находится содержащий ионы лития электролит, — контактирует с внешней газовой средой. Это нужно для того, чтобы воздух поступал к электролиту — жидкому ионному проводнику. Ученые промоделировали границу раздела электрода и раствора электролита в катоде литий-воздушного аккумулятора и предложили способ замедлить пассивацию электрода. Для полноатомного моделирования методами молекулярной динамики исследователи использовали суперкомпьютерный комплекс МГУ.

«При работе литий-воздушного аккумулятора в катоде протекает очень большое количество параллельных процессов и реакций. К сожалению, экспериментальное исследование отдельных стадий этих процессов зачастую не представляется возможным, в то время как моделирование отдельных этапов реакций при помощи суперкомпьютеров позволяет пролить свет на основные закономерности интересующих нас этапов», — объяснил Алексей Хохлов.

Ученые обнаружили, что восстановление надпероксид аниона (сильного неорганического окислителя — О2), приводящего к пассивации электрода, вероятно только после его связывания с катионом лития.

«Мы поняли, что образование непроводящих продуктов разряда непосредственно на поверхности электрода (его пассивация), происходит только после связывания промежуточного продукта, супероксид-аниона, с ионами лития, которые в большом количестве присутствуют вблизи электрода. Если их оттуда вытеснить, то, может быть, пассивация перестанет протекать так быстро», — обобщил Алексей Хохлов.Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Ульмского университета, Германия.

 

Фото: Электрохимическая ячейка, в которой изучаются механизмы процессов в литий-воздушных аккумуляторах. Источник: Алексей Хохлов

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Цветы без стебля, листьев и корней

Вольфия бескорневая (Wolffia arrhiza) — самое маленькое цветковое растение на Земле. Она представляет собой плавающие на поверхности воды зелёные эллиптические пластинки размером около 1 миллиметра.

Не сопротивляясь току

Андрей Кауль

О разработке новых электротехнических материалов на основе высокотемпературных сверхпроводников нам поведал профессор кафедры неорганической химии МГУ, доктор химических наук Андрей Кауль.

Химиками МГУ открыт новый белок, защищающий клетки от гибели

На струйном принтере напечатан новый тип голограмм, который защитит товары от подделок

Человек, якобы проживший 152 года

В Вестминстерском аббатстве, где похоронены выдающиеся люди Англии, есть могила Томаса Парра, слуги фермера из английской глубинки. Он прославился тем, что на момент смерти, ему как будто бы было 152 года. Вот история его жизни и смерти