Wodoodporne baterie litowo-powietrzne

Firma z siedzibą w Berkeley w Kalifornii opracowuje lekkie, wysokoenergetyczne akumulatory, które mogą wykorzystywać otaczające powietrze jako katodę. PolyPlus współpracuje z firmą produkcyjną w celu opracowania baterii litowo-metalowo-powietrznych jednorazowego użytku dla rządu i oczekuje, że baterie te pojawią się na rynku w ciągu kilku lat. Firma posiada również akumulatory litowo-metalowo-powietrzne na wczesnych etapach rozwoju, które mogą ostatecznie zasilać pojazdy elektryczne, które mogą działać dłużej między ładowaniami.

Moc wody : Prototypowa bateria wyprodukowana przez PolyPlus wykorzystuje litowo-metalowy jako anodę i słoną wodę jako katodę do zasilania diody LED. Gdy bateria się rozładowuje, jony litu przenikają do wody, ale urządzenie nie uszkadza otaczających ryb błazenków.

Zainteresowanie bateriami litowo-metalowo-powietrznymi rośnie w ostatnich latach, wraz z zapotrzebowaniem na lżejsze źródła zasilania dla urządzeń, od pojazdów hybrydowych typu plug-in po laptopy. W akumulatorach litowo-jonowych elektrody są wykonane z materiałów takich jak grafit, podczas gdy w akumulatorze litowo-metalowym anoda składa się w całości z litu metalicznego, a otaczające powietrze może pełnić rolę katody.

Baterie litowo-metalowe zbliżają się do gęstości energii ogniw paliwowych bez instalacji wodociągowej potrzebnej dla tych urządzeń; teoretycznie maksymalna gęstość energii wynosi ponad 5000 watogodzin na kilogram, czyli ponad 10 razy więcej niż w przypadku dzisiejszych akumulatorów litowo-jonowych. Akumulatory litowo-metalowo-powietrzne są również bardzo lekkie, ponieważ nie jest konieczne noszenie drugiego reagenta. Jak mówi Steven Visco, dyrektor techniczny i założyciel PolyPlus, litowo-metalowy jest materiałem, z którego wykonany jest święty Graal.

IBM niedawno ogłosił, że opracuje baterie litowo-metalowo-powietrzne dla sieci energetycznej i transportu. Mówi się, że litowo-jonowy jest złotym standardem, ale to, co może go pokonać, to metaliczny lit. Paul Beach , prezes producenta baterii Quallion of Sylmar, CA.

Stosowanie litu metalicznego jako elektrody akumulatora okazało się jednak problematyczne, głównie ze względu na to, że materiał szybko i gwałtownie reaguje z wodą. Ludzie myśleli o akumulatorach litowo-powietrznych od dziesięcioleci, ale w powietrzu zawsze jest woda, mówi Visco. Narażenie na nawet śladowe ilości wody szybko degraduje materiał.

PolyPlus rozwiązał ten problem, opracowując coś, co firma nazywa chronioną elektrodą litową. Urządzenie składa się z płaskiego, prostokątnego kawałka litu pokrytego z każdej strony ceramicznym materiałem elektrolitowym zwanym lisicon. Stały elektrolit jest nieprzepuszczalny dla wody, ale przepuszcza jony litu. Kolejna powłoka chroni elektrolit przed reakcją z metalicznym litem. I wreszcie, krawędzie urządzenia są uszczelnione laminatem aluminiowo-polimerowym podobnym do worka na chipsy ziemniaczane. Laminat zapewnia wodoszczelność i jest elastyczny, dzięki czemu nie powoduje naprężeń, gdy elektroda kurczy się podczas użytkowania.

Po umieszczeniu elektrody litowo-metalowej w wodzie jony litu wyciekają i reagują z rozpuszczonym w wodzie tlenem lub z samą wodą. Aby wykonać baterię litowo-metalowo-powietrzną, urządzenie jest wyposażone w elektrodę z dyfuzją gazową, podobną do tej stosowanej w bateriach cynkowo-metalowo-powietrznych do aparatów słuchowych. Gdy bateria jest włączona, elektroda wciąga tlen przez membranę, reagując z jonami litu. Jednak w przeciwieństwie do baterii do aparatów słuchowych, te urządzenia nie rozładowują się z czasem. Możesz zostawić baterię na półce na kilka miesięcy i oczekiwać, że będzie działać, ponieważ chroni ją membrana – mówi Visco. A ponieważ są one oparte na wysokoenergetycznym litowo-metalowym, baterie te działają znacznie dłużej i są lżejsze niż baterie cynkowo-powietrzne.

Firma PolyPlus obecnie testuje akumulatory litowo-metalowo-wodne w połączeniu z Instytut Badawczy Akwarium Monterey Bay aby określić, czy są w stanie wytrzymać rzeczywiste warunki pracy. Jedną z obaw jest to, że mikroorganizmy w oceanie będą rozwijać się na powierzchni baterii i pogarszać ich działanie, chociaż wstępne testy przyniosły dobre wyniki.

Baterie jednorazowego użytku produkowane przez firmę wykorzystują kawałek litu metalicznego o powierzchni około dwóch centymetrów kwadratowych i grubości trzech milimetrów; mają pojemność zbliżoną do pojemności akumulatorów litowo-jonowych w dzisiejszych laptopach przy jednej piątej wagi. Firma nawiązała współpracę z producentem baterii Quallion będzie produkować baterie oparte na projektach elektrod PolyPlus i będzie produkować baterie na podstawie umowy z nieujawnioną agencją rządową. Quallion twierdzi, że elektrody litowo-metalowe można przetwarzać przy użyciu dużej części już istniejącej infrastruktury do produkcji akumulatorów litowo-jonowych. Potrzebne są pewne środki ostrożności, aby poradzić sobie z materiałem, ale nie ma w tym żadnych sztuczek, mówi Beach.

Mówi się, że akumulatory litowo-metalowe mogą być transformacyjne do zastosowań podwodnych James Bellingham , główny technolog Instytutu Badawczego Akwarium Monterey Bay. Większość badań oceanicznych odbywa się blisko brzegu, ponieważ, jak mówi Bellingham, w oceanie nie ma wtyczek do ładowania wyposażonych w czujniki autonomicznych jednostek monitorujących morza. Baterie o większej gęstości energii mogą umożliwić znacznie lepsze monitorowanie wpływu zmian klimatycznych na planetę, mówi Bellingham.

ukryć