Инновации
Лента новостей
Лента новостей
Сегодня
Политика
Общество
Бизнес
Культура
Сделано Русскими
О проекте
Редакция
Контакты
Размещение рекламы
Использование материалов
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 65733 выдано Роскомнадзором 20.05.2016.
Лента главных новостей
Русская планета
Инновации

Суперкомпьютер продлевает аккумуляторам жизнь

В МГУ создают основу малой энергетики будущего

Алексей Щербаков
7 августа, 2017 16:00
3 мин
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.
темы
3 мин