Группа ученых из Северо–Западного университета штата Иллинойс и исследователей Аргоннской национальной лаборатории США разработали литиевый аккумулятор, использующий в своей работе железо и кислород. Новая разработка показала себя на практике гораздо лучше современных аналогов (сохраняет заряд значительно дольше). К тому же, литий–железо–оксидные батареи дешевле альтернативных разработок.
Работа стандартных литий–ионных аккумуляторов заключается в перемещении иона лития между анодами и катодами. Когда аккумулятор заряжается, ионы возвращаются к аноду и хранятся там. Катод изготовлен из соединения, которое содержит ионы лития, переходный металл и кислород. В качестве переходного металла чаще всего используют кобальт, эффективно сохраняющий и высвобождающий электрическую энергию во время перемещения ионов лития между анодом и катодом. Емкость катода ограничивается числом электронов в переходном металле, которые могут участвовать в реакции.
Литий–ионные батареи с катодными материалом кобальтом используются уже более 20 лет, и на протяжении всего этого времени ученые искали более дешевую и эффективную альтернативу. Для достижении этой цели команда исследователей из Северо–Западного университета штата Иллинойс и Аргоннской национальной лаборатории США создала прототип, в котором кобальт заменен железом, а кислород участвует в процессе реакции. Дело в том, что кислород тоже может хранить и выделять электрическую энергию, следовательно при его использовании в реакции батарея имеет более высокую емкость для хранения и использования большего количества лития.
Многие ученные совершали попытки использовать кислород в работе аккумуляторов, однако он всегда высвобождался и приводил к необратимой реакции. Современные американские исследователи сумели найти баланс ионов лития, железа и кислорода, позволяющий кислороду с железом одновременно приводить к обратимой реакции и не допускающий выхода кислорода.
Не менее важным является и то, что аккумулятор нового типа использует сразу четыре иона лития. Современные аналоги задействуют в качестве переносчика заряда лишь один положительно заряженный ион лития. На деле получается, что новые литий–железо–оксидные батареи сохраняют заряд в 8 раз дольше стандартных литий–кобальтовых аккумуляторов.
Группа исследователей уже подала заявку на патент в соответствующее ведомство и пообещало, что начнет работу над поиском других соединений, между которыми стратегия использования кислорода также будет работать.
