Om de volledige elektrochemische kracht van lithium-zuurstofbatterijen te benutten, is een efficiënte, stabieler elektrolyt. Onderzoekers van Boston College hebben een "water-in-zout" elektrolyt toegepast dat een stabiele werking van lithium-luchtbatterijen mogelijk maakt, biedt superieure lange levensduur en presenteert een platform dat lithium-ionbatterijen dichter bij hun volledige potentieel brengt, het team rapporteert in het journaal Chemo .

In een poging om een ​​geschikt elektrolytsysteem te vinden, de water-in-zout-benadering van het team omvat geen organische oplosmiddelen. Het bestaat uit supergeconcentreerd lithiumzout, bekend als LiTFSI, waarin watermoleculen zich aan de ionen hechten en minder degradatie ondergaan wanneer ze in contact komen met zuurstofmoleculen, volgens de onderzoekers onder leiding van Boston College hoogleraar scheikunde Dunwei Wang.

Het resultaat is een "zeer effectieve elektrolyt die stabiele Li-O2-batterijen op de kathode mogelijk maakt met een superieure levensduur, " rapporteert het team in het artikel getiteld "Kathodisch stabiele werking van Li-O2-batterijen met behulp van water-in-zout elektrolyt." Experimenten toonden aan dat de elektrolyt stabiele lithium-luchtbatterijen mogelijk maakt tot 300 cycli, waardoor het concurrerend is voor praktische toepassingen.

Lithium-ionbatterijen werken door omkeerbare toevoeging en extractie van lithiumionen in en uit een vast materiaal, zoals kobaltoxide. Hier, lithium-luchtbatterijen werken door lithiumperoxide te vormen tijdens het ontladen en lithiumperoxide te ontbinden tijdens het opladen.

Ondanks meer dan twee decennia van onderzoek, het verbeteren van de lithium-ionbatterijtechnologie heeft het theoretische potentieel voor energieopslag niet gehaald. Als een elektrochemische energieopslagtechnologie, het verbeteren van de prestaties vereist een verbeterde stabiliteit van elektrolyten.

Het team vond een manier om het probleem van instabiliteit te omzeilen dat ontstaat door het gebruik van water bij de ontwikkeling van waterige elektrolyten.

"We gebruikten een onorthodoxe benadering van het gebruik van een elektrolyt op waterbasis voor Li-O2-batterijen, "zei Wang. "Eerder, Men dacht dat water buitengewoon slecht was voor de werking van Li-O2-batterijen, omdat het parasitaire chemische reacties zou bevorderen om de gewenste chemie aanzienlijk te ondermijnen. We ontdekten dat wanneer de zoutconcentratie hoog is, de meeste watermoleculen kunnen worden opgesloten zodat ze de juiste functionaliteiten bieden, zoals geleidbaarheid, maar weinig van de parasitaire chemische reacties vertonen."

Het team probeerde de beperkingen te overwinnen die eerdere pogingen hadden geplaagd om de complexe chemische reacties in prototypes van lithium-luchtbatterijen te temmen, zei Wang, die het project uitvoerde met de Boston College-onderzoekers Qi Dong, Xiahui Yao, Yanyan Zhao, Miao Qi, Xizi Zhang en Yumin He, en Hongyu Sun van de Technische Universiteit van Denemarken.

"We hebben een nieuw concept voor Li-O2-batterijen bestudeerd, " zei Wang. "We gebruikten een combinatie van elektrochemie en materiaalkarakteriseringstools om het onderzoek uit te voeren. Ons doel is om stabiele, krachtige Li-O2-batterijen."

Wang zei dat de onderzoekers vervolgens zullen proberen voort te bouwen op de resultaten voor praktische brandstofceltoepassingen en ook zullen werken om de kosten van het produceren van de elektrolyt te verlagen.