В существующих аккумуляторах происходят необратимые химические реакции, выделяющие электроны. Это означает, что все реагенты должны находиться внутри батареи, что приводит к увеличению её веса и размера. Кардинально изменить ситуацию могут литий-воздушные аккумуляторы, в которых литий реагирует с кислородом, образуя энергию.
С гораздо меньшим содержанием химических веществ, находящихся внутри батареи, можно достичь более высокой плотности энергии. Так, например, ранее учёными были продемонстрированы литий-воздушные источники питания с плотностью энергии, в пять раз превышающей литий-ионные аналоги. Единственный недостаток таких батарей заключается в очень коротком сроке службы — около месяца. Отчасти это вызвано тем, что и кислород, и литий — довольно реактивные вещества. Кроме того, помимо кислорода, воздух содержит и другие элементы, которые также могут вступать в реакцию.
Команда американских исследователей из Иллинойсского университета (Чикаго) разработала способ, как предотвратить побочные реакции и достичь несколько сотен циклов зарядки/разрядки в воздушной среде. Чтобы ограничить воздействие лишних сотавляющих воздуха на компоненты батареи, учёные использовали новую схему литий-воздушной электрохимической ячейки. Конструкция состояла из литиевого анода, покрытого плёнкой на основе карбоната лития и углерода. Это сформировало плотный защитный слой на поверхности лития и гарантировало отсутствие реакций на аноде.
В качестве электролита исследователи использовали смесь органических химических веществ, которые были продемонстрированы в более ранних разработках (диметилсульфоксид с жидкостью на основе тетрафторбората), а в качестве катализатора — дисульфид молибдена. В результате литий-воздушная батарея выдержала 700 циклов зарядки/разрядки. При этом её ёмкость и химический состав электродов почти не изменился.
Учёные утверждают, что это первый эффективно работающий прототип литий-воздушной батареи, который выдерживает столько циклов зарядки/разрядки. Он может стать одним из главных кандидатов на замену литий-ионным аккумуляторам.
