Akumulatory litowo-powietrzne mają stać się kolejnym rewolucyjnym zamiennikiem obecnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych zasilających pojazdy elektryczne, telefony komórkowe i komputery przenośne.

Katalizatory 2D zasilają pojazd elektryczny. Źródło: Amin Salehi-Khojin

Akumulatory litowo-powietrzne, które obecnie znajdują się jeszcze w fazie eksperymentalnej, mogą przechowywać 10 razy więcej energii niż akumulatory litowo-jonowe i są znacznie lżejsze. Akumulatory litowo-powietrzne mogą być jeszcze bardziej wydajne i zapewnić więcej ładunku dzięki zastosowaniu zaawansowanych katalizatorów wykonanych z dwuwymiarowych materiałów. Katalizatory pomagają zwiększyć szybkość reakcji chemicznych w bateriach i w zależności od rodzaju materiału, z którego wykonany jest katalizator, mogą znacznie zwiększyć zdolność baterii do utrzymywania i dostarczania energii.

„Będziemy potrzebować akumulatorów o bardzo dużej gęstości energii, aby zasilać nowe zaawansowane technologie jak telefony, laptopy, a zwłaszcza pojazdy elektryczne”, powiedział Amin Salehi-Khojin, profesor inżynierii mechanicznej i przemysłowej w College of Engineering UIC. Salehi-Khojin, który wraz kolegami zsyntetyzował kilka materiałów 2-D, które mogą służyć jako katalizatory.

Wiele z materiałów 2-D, włączonych do eksperymentalnych akumulatorów litowo-powietrznych jako katalizator, pozwoliło akumulatorowi zgromadzić do 10 razy więcej energii niż mogą zgromadzić akumulatory litowo-jonowe zawierające tradycyjne katalizatory. Ich odkrycie zostało opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials .

„Obecnie pojazdy elektryczne muszą być ładowane średnio co około 160 km, ale dzięki wbudowaniu katalizatorów 2-D do akumulatorów litowo-powietrznych możemy zapewnić ładowanie co 650 do 800 kilometrów”, powiedział Salehi-Khojin. „Byłby to ogromny przełom w magazynowaniu energii.”

Salehi-Khojin i jego koledzy zsyntetyzowali 15 różnych typów dichalko-genków metali przejściowych lub TMDC o strukturze diuretanu. TMDC są unikalnymi związkami, ponieważ mają wysoką przewodność elektryczną i szybki transfer elektronów, które można wykorzystać do reakcji z innymi materiałami, takimi jak reakcje zachodzące wewnątrz baterii podczas ładowania i rozładowywania.

Naukowcy eksperymentalnie zbadali działanie 15 TMDC jako katalizatorów w układzie elektrochemicznym naśladującym baterię litowo-powietrzną.

„Współczynniki reakcji są znacznie wyższe w przypadku tych materiałów w porównaniu do konwencjonalnych katalizatorów, takich jak złoto czy platyna”, powiedział Majidi.

Jednym z powodów, dla których TDD 2-D działało tak dobrze, jest to, że pomagają przyspieszyć zarówno reakcje ładowania, jak i rozładowania.

Materiały 2-D również synergizują się z elektrolitem – materiałem, przez który przemieszczają się jony podczas ładowania i rozładowywania.

„Dwutlenkowe TDMC i elektrolity jonowo-cieczowe, które wykorzystaliśmy, działają jak układ katalizatora, który pomaga elektronom szybciej się przemieszczać, co prowadzi do szybszego ładowania, rozładowywania i bardziej wydajnego magazynowania energii.”

 

 

Źródło: https://phys.org/news/2019-01-d-materials-enable-electric-vehicles.html