Создан прототип водно-литиевой батареи

Рыбки совершенно безопасно плавают в аквариуме с работающей батарейкой нового типа (фото PolyPlus).

Американская компания PolyPlus построила экспериментальный образец необычного источника питания, открывающий дорогу созданию батареек и аккумуляторов невиданной ранее ёмкости.

Новая технология именуется Li-Seawater (литий — морская вода). Такие ячейки являются ближайшими родственниками другой свежей технологии — воздушно-литиевых (или литиево-кислородных) элементов, в которых ионы лития реагируют с кислородом, получаемым из окружающего воздуха (о таких аккумуляторах мы подробно рассказывали).

О применении кислорода из воздуха в качестве реагента учёные думали давно: это позволило бы существенно увеличить ёмкость химических источников тока. Но проблема была в том, что воздух — это не только кислород, но и всегда хоть немного водяного пара. А как литий бурно реагирует с водой — все знают. Решение проблемы нашлось только после создания полупроницаемых мембран, позволяющих только кислороду и проникать в батарею, но надёжно задерживающих воду.

Над такими элементами сейчас работают в нескольких институтах и компаниях (в частности, несколько дней назад о старте собственного проекта по созданию воздушно-литиевых батарей заявила IBM Research).

А вот у PolyPlus — своя версия технологии.

Она придумала защищённый литиевый электрод, покрытый твёрдым керамическим электролитом, названным lisicon. Последний изолирует опасные молекулы лития от внешней среды, сам с литием в химическую реакцию не вступает, но в то же время пропускает сквозь себя наружу ионы лития. А здесь ионы могут взаимодействовать с теми или иными веществами. Какими — зависит от версии батареи.

Данный дизайн PolyPlus приспособила как к литиево-воздушным элементам (тогда добавляется диффузионный электрод, пропускающий внутрь устройства кислород), так и к экзотическим Li-Seawater.

В последнем случае ионы, покинув "капсулу" с литием, вступают в реакцию и с кислородом, растворённым в воде, и с самой водой непосредственно. Электроны в такой реакции бегут по внешней цепи, то есть создаётся ток. И никакой опасности взрыва — чистый литий надёжно изолирован внутри ячейки, а на наружных электродах появляются лишь его соединения.

Опытный образец водно-литиевой батареи состоит из пластинки лития (размером 20 х 20 х 3 мм), покрывающей его с двух сторон керамики да эластичного алюминиево-полимерного ламината по краям. Последний герметизирует устройство, позволяя электроду сжиматься по мере расходования лития.

Экспериментальная батарея Li-Seawater показала удельную энергоёмкость впятеро более высокую, чем у сегодняшних аккумуляторов для ноутбуков. Но, по информации компании, практически достижимая ёмкость таких батарей (спроектированных как первичные элементы питания) может составить все 4000 ватт-часов на килограмм, что примерно в 20-25 раз лучше, чем у хороших литиево-ионных аккумуляторов.

И даже если сравнивать этот показатель с аналогичным параметром первичных воздушно-цинковых элементов, то у ячеек Li-Seawater останется преимущество в несколько раз.

Для дальнейшего развития и испытания технологии PolyPlus объединила свои усилия с исследовательским институтом Monterey Bay Aquarium и компанией Quallion — производителем литиевых аккумуляторов.

Литиево-водные источники питания учёные видят как способ обеспечения энергией автономных исследовательских машин и зондов, месяцами работающих в толще океана вдали от берегов. А вариацию таких батарей с воздушным электродом специалисты прочат в качестве нового источника питания для электромобилей или гибридов.