NIMS и Softbank Corp. разработали литий-воздушную батарею с плотностью энергии более 500 Втч /кг, что значительно выше, чем у существующих в настоящее время литий-ионных батарей. Затем исследовательская группа подтвердила, что этот аккумулятор можно заряжать и разряжать при комнатной температуре. Кроме того, команда обнаружила, что батарея, разработанная командой, демонстрирует самую высокую плотность энергии и наилучшие показатели срока службы, когда-либо достигнутые. Эти результаты означают важный шаг на пути к практическому использованию литий-воздушных батарей.
Литий-воздушные батареи потенциально могут стать совершенными перезаряжаемыми батареями: они легкие и высокой емкости, с теоретической плотностью энергии в несколько раз выше, чем у доступных в настоящее время литий-ионных батарей. Благодаря этим потенциальным преимуществам они могут найти применение в широком спектре технологий, таких как беспилотные летательные аппараты, электромобили и бытовые системы хранения электроэнергии. NIMS проводит фундаментальные исследования по литий-воздушным батареям при поддержке программы ALCA-SPRING (ALCA: Advanced Low Carbon Technology Research and Development Program, SPRING: Специально продвигаемые исследования для инновационных батарей следующего поколения). Эта программа финансировалась Японским агентством по науке и технологиям (JST) с целью ускорения исследований и разработок в области аккумуляторных батарей большой емкости. В 2018 году NIMS и Softbank совместно основали Центр разработки передовых технологий для проведения исследований с целью практического использования литий-воздушных батарей в базовых станциях мобильных телефонов, Интернете вещей (IoT), HAPS (станциях на высотных платформах) и других технологиях. Несмотря на их очень высокую теоретическую плотность энергии, на самом деле было изготовлено и оценено лишь небольшое количество литий-воздушных батарей с высокой плотностью энергии. Этот ограниченный успех объясняется тем фактом, что значительная доля по весу литий-воздушной батареи содержит тяжелые неактивные компоненты (например, сепараторы и электролиты), которые непосредственно не участвуют в реальных реакциях батареи.
Эта исследовательская группа ранее разработала оригинальные материалы для батарей, которые значительно повышают производительность литий-воздушных батарей в исследованиях, проводимых при поддержке ALCA-SPRING. Затем команда разработала метод изготовления литий-воздушных элементов с высокой плотностью энергии в Центре разработки передовых технологий NIMS-SoftBank. Наконец, команда создала новую литий-воздушную батарею, объединив эти новые материалы и технологии изготовления. Разработанная батарея продемонстрировала плотность энергии более 500 Втч/кг, что значительно выше, чем у существующих в настоящее время литий-ионных батарей. Примечательно, что повторная реакция разряда и заряда протекает при комнатной температуре. Показатели плотности энергии и срока службы этой батареи являются одними из самых высоких, когда-либо достигнутых.*
* На основе опросов, проведенных NIMS (по состоянию на 14 декабря 2021 года)
В настоящее время команда разрабатывает материалы для аккумуляторов с более высокой производительностью и планирует интегрировать их в недавно разработанную литий-воздушную батарею с целью значительного увеличения срока службы батареи. Затем команда планирует ускорить усилия по практическому использованию батареи в Центре разработки передовых технологий NIMS-SoftBank.
Этот проект был осуществлен исследовательской группой во главе с Шоичи Мацудой (старший научный сотрудник, NIMS), Манаи Оно (постдокторант, NIMS), Седзи Ямагути (специалист, NIMS) и Кохеем Уосаки (научный сотрудник, NIMS; также директор, NIMS-Центр развития передовых технологий SoftBank). Эта работа была в основном поддержана программой JST ALCA-SPRING и Центром развития передовых технологий NIMS-SoftBank.
Комментарии