Суперкомпьютер продлевает аккумуляторам жизнь
Суперкомпьютер продлевает аккумуляторам жизнь

В МГУ создают основу малой энергетики будущего

Сотрудники Физического и Химического факультетов МГУ имени М.В. Ломоносова работают над перспективными литий-воздушными аккумуляторами. Они построили компьютерную модель, чтобы лучше понять происходящие в них процессы. Результаты работы опубликованы в Journal of Physical Chemistry C.

Литий-воздушные аккумуляторы вырабатывают электроэнергию буквально из воздуха. Они легче и за счет большей плотности энергии гораздо эффективнее литий-ионных. Литий-воздушные аккумуляторы помогут увеличить пробег электромобилей без подзарядки. Но серийное производство литий-воздушных аккумуляторов еще не началось: их разработчики до сих пор сталкиваются с технологическими сложностями, которые пока не могут разрешить.

Электрохимическая ячейка, в которой изучаются процессы в литий-воздушных аккумуляторах. Источник: Алексей Хохлов/МГУ

«Литий-воздушный аккумулятор потенциально обладает в три-пять раз большей удельной энергией, чем современный литий-ионный. Но одна из главных его проблем — быстрая пассивация электрода, то есть переход поверхности материала электрода в неактивное состояние», — рассказал один из авторов статьи Артем Сергеев, аспирант кафедры Физики полимеров и кристаллов Отделения физики твердого тела Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Для нормальной работы литий-воздушных аккумуляторов требуется чистый кислород, а не воздух, представляющий собой смесь атмосферных газов. Углекислый газ и влага, содержащиеся в воздухе, замедляют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе действия такого аккумулятора.

«В случае успеха разработки наш новый аккумулятор должен стать действительно литий-воздушным, а нежелательные компоненты воздуха (влага, углекислый газ) будут «отфильтровываться» специальными мембранами. Но пока существуют и другие, более фундаментальные проблемы, поэтому сейчас, как правило, мы используем литий-кислородные ячейки, куда подается чистый кислород из баллонов», — рассказал один из авторов статьи Алексей Хохлов, доктор физико-математических наук, академик РАН, заведующий кафедрой Физики полимеров и кристаллов Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

В литий-воздушном аккумуляторе катод (положительный электрод) — это пористая углеродная губка, в пустотах которой находится содержащий ионы лития электролит. Катод контактирует с внешней газовой средой, чтобы воздух поступал к электролиту — жидкому ионному проводнику. Для полноатомного моделирования границы раздела между поверхностью катода и электролитом методами молекулярной динамики был использован суперкомпьютерный комплекс МГУ.

Принцип работы литий-воздушного аккумулятора. Источник: Icarbio.ru

«Мы выяснили, что образование непроводящих продуктов на поверхности катода происходит только после связывания промежуточного продукта надпероксид-аниона О2- с ионами лития, которые в большом количестве присутствуют вблизи катода. Если их оттуда вытеснить, то, может быть, пассивация перестанет протекать так быстро», — сообщил академик Алексей Хохлов.

Чтобы обойти все препятствия на пути к серийному выпуску литий-воздушных аккумуляторов, потребуется, по разным оценкам, от 5 до 10 лет.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Ульмского университета, Германия.

В ожидании «Кровавой луны» Далее в рубрике В ожидании «Кровавой луны»Жители России, за исключением Камчатки и Чукотки, вечером 7 августа смогут увидеть уникальное лунное затмение

Комментарии

Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Дискуссии без купюр.
Читайте «Русскую планету» в социальных сетях и участвуйте в обсуждениях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»