W kierunku pojazdów elektrycznych zasilanych powietrzem
Aktywny materiał katody, tlen, znajduje się na zewnątrz akumulatora, co pozwala na znaczne obniżenie masy akumulatora. Efektem jest wysoce specyficzna energia oraz obiecujący akumulator, mogący spełnić potrzeby pojazdów elektrycznych poruszających się na większych dystansach. Technologia ta wymaga jednak wielu działań rozwojowych, zanim osiągnie etap komercjalizacji. Do najważniejszych kwestii należą: niska wydajność cyklów i luki napięciowe między ładowaniem a wyładowaniem. Naukowcy wspierani ze środków UE zainicjowali projekt "Unraveling the chemistry of the lithium-air battery by novel solid state NMR techniques" (LANMR), by zbadać reakcje i materiały elektrochemiczne do optymalizacji. Naukowcy skupili się na elektrolicie i materiałach katodowych. Oksydacja litu w anodzie i redukcja tlenu z powietrza otoczenia w katodzie generują przepływ prądu. Jednak reakcja odwracalna między litem a tlenem służąca utworzeniu nadtlenku litu powoduje formowanie się wysoce reaktywnych pośrednich typów ponadtlenku, a sam nadtlenek litu jest silnie utleniający. Wszystkie te reaktywne typy inicjują reakcje uboczne, które obniżają wydajność, tak że praktyczna gęstość energetyczna nie osiąga teoretycznie prognozowanych wartości. Zespół projektu LANMR opracował metodologię opartą na magnetycznym rezonansie jądrowym w stanie stałym (ssNMR) o doskonałej swoistości chemicznej. Przy jej użyciu zademonstrowano, że wydajność i trwałość cyklu systemu akumulatora litowo-powietrznego są krytycznie zależne od elektrolitu i stabilności elektrody. Nawet przy względnie stabilnych elektrolitach, tworzenie się małych ilości produktów ubocznych zwiększa parametr ściśle powiązany z wydajnością ogniwa (nadnapięcie). To z kolei zwiększa występowanie reakcji ubocznych, a gromadzenie się ich produktów zmniejsza stabilność elektrody węglowej. Badania sugerują, że dodanie typów katalitycznych, by zapobiec gromadzeniu się ładunków, powinno odbywać się ostrożnie, tak by nie intensyfikować niepożądanych reakcji. W przeciwieństwie do innych narzędzi, opracowana w ramach projektu metodologia ssNMR pozwoliła badaczom zyskać jasny obraz czynników wpływających na wydajność. Zespół dowiódł, że metodologia ssNMR to potężne i elastyczne narzędzie analityczne do badania reakcji elektrochemicznych w ogniwach akumulatora. Oczekuje się, że podejście to będzie pomocne w przygotowaniu do komercjalizacji obiecujących akumulatorów litowo-powietrznych. Powodzenie tej operacji doprowadzi do popularyzacji pojazdów elektrycznych sprzyjających ekologizacji transportu drogowego i minimalizacji jego wpływu na globalny klimat.
Słowa kluczowe
Pojazdy elektryczne, litowo-powietrzny, akumulator, gęstość energii, stan stały, nadtlenek litu, rodzaje ponadtlenku
