Японские учёные разработали новую технологию, которая позволит улучшить характеристики и увеличить срок службы литий-воздушных батарей. Открытие связано с двумерным материалом диселенидом вольфрама ( WSe₂ ).
В январе 2025 года американские учёные и инженеры представили твердотельную литий-воздушную батарею, которая выдает в четыре раза больше энергии, чем литий-ионные аналоги — тем самым они смогли преодолеть существовавший на тот момент предел по выдаче энергии при комнатных температурах.
Сейчас литий-воздушные батареи рассматриваются как многообещающее решение, способное обеспечить плотность энергии более чем в десять раз выше, чем у аналогов. Однако переход от прототипов к коммерческим продуктам затруднён низкой скоростью реакции и малым сроком службы — в основном эта проблема возникает из-за отсутствия активных каталитических центров, необходимых для реакций с кислородом во время зарядки и разрядки.
Для решения этой проблемы группа исследователей из Корейского института науки и технологий и Института передовых инженерных разработок (IAE) разработала новую каталитическую технологию на основе двумерного материала диселенида вольфрама ( WSe₂ ).
Инновация преобразует обычно неактивную поверхность материала в полностью активную каталитическую плоскость, значительно улучшая как характеристики, так и долговечность батареи. Этого удалось достичь за счет введения атомов платины в слоистую структуру материала и преднамеренного создания атомных вакансий там, где отсутствуют атомы селена.
Такие вакансии действуют как высокоэффективные реакционные центры, обеспечивая прочное взаимодействие с молекулами кислорода и ускоряя ключевые процессы, известные как реакции восстановления и выделения кислорода. Важно отметить, что такой подход повышает каталитическую активность без ущерба для электропроводности, что является значительным шагом вперед в разработке систем хранения энергии следующего поколения.
Что это значит на практике? Литий-воздушная батарея с использованием этого усовершенствованного катализатора продемонстрировала стабильный срок службы, превышающий 550 циклов заряда-разряда, даже в условиях быстрой работы.
Кроме того, она продемонстрировала большую стабильность и долговечность, чем традиционные дорогостоящие катализаторы, такие как платина на углероде (Pt/C) и оксид рутения (RuO₂), надежно работая в широком диапазоне скоростей зарядки, от медленной до быстрой. Эти результаты подчеркивают его потенциал для обеспечения стабильной работы с минимальным ухудшением характеристик, даже при высокоскоростной зарядке.
Команда утверждает, что благодаря международному сотрудничеству, поддерживающему исследования, технология демонстрирует большой потенциал для будущей коммерциализации и может сыграть ключевую роль в развитии систем хранения энергии следующего поколения и решений для высокомощной мобильности.
