До сих пор литий-co₂ аккумуляторы сталкивались со снижением эффективности - быстро изнашивались, не поддавались подзарядке и зависели от дорогих редких материалов, таких как платина. Однако исследователи из Суррея нашли способ преодолеть эти проблемы, используя недорогой катализатор под названием фосфомолибдат цезия (CPM). Используя компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, тесты показали, что это простое изменение позволяет аккумулятору накапливать значительно больше энергии, заряжаться с гораздо меньшей мощностью и работать более 100 циклов.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, знаменует собой многообещающий шаг на пути к применению в реальном мире. В случае коммерциализации эти аккумуляторы могли бы помочь сократить выбросы от транспортных средств и промышленных источников - и ученые даже предполагают, что они могли бы работать на Марсе, где атмосфера на 95% состоит из CO₂.

Доктор Сиддхарт Гадкари, преподаватель технологии химических процессов в Университете Суррея и автор-корреспондент исследования, сказал:

"Существует растущая потребность в решениях для хранения энергии, которые поддерживают наше стремление к возобновляемым источникам энергии, а также борются с растущей угрозой изменения климата. Наша работа над литий-co₂ аккумуляторами потенциально может изменить правила игры в воплощении этого видения в реальность.

"Одной из самых больших проблем, связанных с этими батареями, является так называемый "перенапряжение" - дополнительная энергия, необходимая для запуска реакции. Вы можете думать об этом как о езде на велосипеде в гору, прежде чем доберетесь до берега. Что мы показали, так это то, что CPM сглаживает этот холм, а это означает, что батарея теряет гораздо меньше энергии при каждой зарядке и разрядке ".

Чтобы понять, почему CPM работал так хорошо, команды из Школы химии и химической инженерии Суррея и Института передовых технологий использовали два подхода. Сначала они разобрали аккумулятор после зарядки и разрядки, чтобы изучить химические изменения внутри. Эти посмертные тесты показали, что карбонат лития, соединение, образующееся при поглощении батареей Co₂, может надежно накапливаться и удаляться - важная особенность для длительного использования.

Затем они обратились к компьютерному моделированию с использованием теории функционала плотности (DFT), которая позволяет исследователям исследовать, как протекают реакции на поверхности материала. Результаты показали, что стабильная пористая структура CPM обеспечивает идеальную поверхность для ключевых химических реакций.

Доктор Дэниел Коммандер, будущий научный сотрудник Университета Суррея и автор-корреспондент исследования, сказал:

"Что интересно в этом открытии, так это то, что оно сочетает в себе высокую производительность и простоту. Мы показали, что можно создавать эффективные литий-co₂ аккумуляторы, используя доступные по цене и масштабируемые материалы - не требуются редкие металлы. Наши результаты также открывают двери для разработки еще более совершенных катализаторов в будущем".

Это открытие открывает новые возможности для разработки еще более качественных недорогих и простых в изготовлении аккумуляторных материалов. Благодаря дальнейшим исследованиям того, как эти катализаторы взаимодействуют с электродами и электролитами, литий-co₂ аккумуляторы могут стать практичным и масштабируемым способом хранения экологически чистой энергии, помогая при этом снизить содержание углерода в атмосфере.