Udvikling af lithium-luft-batterier med ultrahøj kapacitet ved brug af CNT-arkluftelektroder

Et NIMS-forskerhold ledet af Yoshimi Kubo og Akihiro Nomura har udviklet lithium-luft-batterier med elektrisk lagringskapacitet, der er 15 gange større end kapaciteten af ​​konventionelle lithium-ion-batterier, der bruger carbon nanorør (CNT) som et luftelektrodemateriale.

Efterspørgslen efter genopladelige batterier forventes at stige hurtigt som strømkilder til elbiler og fælles kilder til husholdningselektricitet med solceller. De nuværende lithium-ion-batterier har fordele ved kompakthed, høje spændinger, og lang levetid, men deres energitætheder, som repræsenterer elektrisk lagringskapacitet, har næsten nået deres grænse. Lithium-luft-batterier har et stort potentiale til at løse dette problem. Lithium-luft-batteriet ville være den højeste energitæthed i teorien. Batteriet som teorien kan have drastisk stor kapacitet og reducere produktionsomkostningerne. Imidlertid, konventionel batteriforskning fokuserer normalt på grundlæggende undersøgelser af batterireaktioner ved brug af små mængder materialer, og er derfor ikke designet til at demonstrere stor batterikapacitet ved hjælp af celler af faktisk størrelse og form.

Forskerholdet opnåede for nylig en meget høj elektrisk lagerkapacitet på 30 mAh/cm2 ved hjælp af realistiske celleformer. Denne værdi repræsenterer omkring 15 gange større kapacitet sammenlignet med kapaciteten af ​​konventionelle lithium-ion-batterier (ca. 2 mAh/cm2). Denne præstation blev opnået ved at bruge CNT'er som et luftelektrodemateriale, derved optimerer elektrodens mikrostruktur. Forskerne mener, at batteriets store kapacitet kan tilskrives CNT'ers store overfladeareal og fleksible struktur. Det er usandsynligt, at eksisterende viden kan forklare den kapacitetsforøgelse, der ses i denne undersøgelse, og disse resultater kan stimulere diskussionen om lithium-luftbatteriets reaktionsmekanismer.

I lyset af disse resultater, forskerne sigter mod at udvikle praktiske, højkapacitets lithium-luft-batterier ved at udforske teknikker til at øge energitætheden i cellelagsstabler, og fjernelse af urenheder fra luften.