Bateriile litiu-aer au potențialul de a depăși bateriile litiu-ion convenționale prin stocarea unei cantități mai mari de energie în aceeași unitate de volum. Cu toate acestea, această performanță este deocamdată doar teoretică, iar durata de viață este și ea scurtă.
În cadrul unui nou studiu, publicat în revista Angewandte Chemie International Edition, cercetătorii chinezi propun adăugarea în electrolit a unui catalizator solubil. Acesta acționează ca mediator redox, facilitând transportul sarcinilor electrice și contracarând pasivitatea electrozilor.
Spre deosebire de bateriile litiu-ion, în care ionii sunt „împinși” înainte și înapoi între cei doi electrozi, bateriile litiu-aer (Li-O2) folosesc un anod din litiu metalic. Pe măsură ce bateria este utilizată, ionii de litiu încărcați pozitiv se dizolvă și se deplasează spre catodul poros, la nivelul căruia există un flux de aer.
Oxigenul este oxidat și este legat sub formă de peroxid de litiu (Li2O2). În timpul reîncărcării, oxigenul este eliberat, iar ionii de litiu sunt reduși din nou la litiu metalic, care se depune înapoi pe anod. Din nefericire, performanța teoretică ridicată a acestor baterii nu a putut fi obținută și în realitate.
În practică, efectul denumit suprapotențial încetinește reacția electrochimică: formarea și descompunerea Li2O2 insolubil sunt lente, iar conductivitatea sa este foarte redusă. În plus, porii catodului tind să se înfunde, iar potențialul ridicat necesar pentru formarea oxigenului descompune electrolitul și promovează reacții secundare nedorite. Toate acesta fac ca bateriile să-și piardă cea mai mare parte a performanțelor după doar câteva cicluri de încărcare/descărcare.
Pentru a aborda aceste neajunsuri, cercetătorii chinezi au propus adăugarea unei săruri de iodură de imidazol (iodură de 1,3-dimetilimidazol – DMI) cu rol de catalizator și mediator redox pentru a îmbunătăți performanța și durata de viață.
Ionii iodură (I–) din sare pot reacționa ușor pentru a forma I3– și apoi invers (perechea redox). În acest proces, ei transferă electronii oxigenului (descărcare), după care îi preiau înapoi (reîncărcare). Acest transfer facilitat accelerează reacțiile, reduce suprapotențialul de la nivelul catodului și crește capacitatea de descărcare a celulei electrochimice.
Ionii de DMI+ din sare conțin un inel format din trei atomi de carbon și doi atomi de azot. Inelul prezintă electroni liberi mobili și poate „capta” ionii de litiu în timpul descărcării, transferându-i oxigenului la catod.
În plus, ionii de DMI+ formează o peliculă ultrasubțre și stabilă la suprafața anodului, care împiedică un contact direct între electrolit și suprafața de litiu, fapt ce minimizează descompunerea electrolitului și previne reacțiile secundare. Toate acestea stabilizează anodul și cresc durata de viață a bateriei.
Sursa: Tech Xplore