A Waterloo Egyetem vegyészeinek sikerült megoldania a lítium-oxigén akkumulátorokkal kapcsolatos két legnagyobb problémát és sikerült elkészíteniük egy működő akkumulátort melynek majdnem 100 százalékos a coulombikus hatékonysága.
Az új tanulmány elárulja, hogy a lítium-oxigén elektrolízis során négy elektron-átmenet nagyon jól visszafordítható. Ez az első eset, hogy egy csapatnak sikerült volna a négy elektron-átmenet, ami a korábbiakhoz hasonló akkumulátorokhoz képest megkétszerezi elektron tároló képességet.
“Vannak termodinamikai korlátaink,” mondta Linda Nazar, a kutatóprojekt vezetője és a tanulmány rangidős szerzője. “Mindazonáltal a munkánk megoldást talált azokra az alapvető problémákra, amit már hosszú ideje igyekeznek megoldani.”
Mivel már több korábbi elmélet is arra jutott, hogy a lítium-oxigén akkumulátorokkal nagyon magas energiasűrűség érhető el, amíg maguk az akkumulátorok viszonylag könnyűek, így sokan ezt az irányt gondolták az akkumulátorok ‘Szent Gráljának’. Azonban a megvalósítás már hosszú ideje megakadt a kémiai és stabilitási problémák miatt.
A két legsúlyosabb probléma, hogy a folyamat köztes (szuperoxid) és peroxid (Li2O2) termékei reakcióba lépnek a porózus szén katóddal, amit így belülről kezd felemészteni. Ezen felül a szuperoxidok a katód mellet az elektrolitot is elemésztik, ami miatt lényegesen lekorlátozódik az akkumulátorok lehetséges maximális élettartama.
A kutatók ezeket a problémákat úgy oldották meg, hogy a szerves elektrolitot egy szervetlen olvadt só elektrolitra cserélték, amíg porózus szén katódot egy kétfunkciós fém oxid katalizátorra. Mindezek után a kutatók azt találták, hogy Li2O2 helyett stabilabb Li2O termék képződik. Ez egy nagyon reverzibilis Li-oxigén akkumulátort eredményez, amelynek coulombikus hatékonysága megközelíti a 100 százalékot.
Az O2, lítium-oxid-ként (Li2O) történő tárolásával az akkumulátor nemcsak kiváló töltési jellemzőkkel rendelkezik, hanem a rendszerben a maximális négy elektron transzfert is elérte, ezáltal az elméleti energiamegtakarítást 50% -kal növelte.
A stabilabb termékek felé történő eltolódás ezen felül a tölthetőségi tulajdonságokon és az elméleti maximális energiatárolási kapacitáson is emelt.
