В течение многих лет литий-воздушная батарея находилась на грани возможного, представляя собой многообещающую идею, которая однажды сможет хранить столько же энергии (килограмм на килограмм), сколько и топливо.

Его привлекательность всегда была очевидна: аккумулятор достаточно легкий, чтобы электрический самолет мог уверенно взлетать, и достаточно мощный, чтобы вывести электромобиль далеко за пределы возможностей современных литий-ионных аккумуляторов.

Однако, несмотря на всеобщее волнение, химия упорно отказывалась сотрудничать. Первые прототипы выдерживали всего несколько циклов, вырабатывали мало полезной мощности или выходили из строя, как только инженеры пытались масштабировать их за пределы крошечных лабораторных ячеек.

Группа учёных из Японии считает, что наконец-то раскрыла основную проблему. Учёные из Национального института материаловедения (NIMS) и компания Toyo Tanso, специализирующаяся на углеродных материалах, представили углеродный электрод, который позволяет литий-воздушному аккумулятору работать с большей мощностью, дольше служить и, что особенно важно, выходить за рамки формата миниатюрных плоских батареек, который определял эту область уже более десятилетия.

Концепция литий-воздушных аккумуляторов элегантно проста. Вместо того, чтобы хранить кислород внутри элемента, аккумулятор получает его из окружающей среды. Это снижает вес и, теоретически, позволяет достичь плотности энергии, во много раз превышающей плотность энергии стандартных литий-ионных аккумуляторов.

Используя новый электрод, команда создала многослойный литий-воздушный элемент размером 4 x 4 см. Протоколы испытаний показывают, что аккумулятор стабильно выдает чуть более 1 Вт·ч за цикл в шестислойной конфигурации, сохраняя стабильность в течение 19 циклов до окончания срока службы.

По коммерческим меркам это немного, но в контексте исследований литий-воздушных аккумуляторов это настоящий прорыв. Предыдущие попытки создания многослойных аккумуляторов редко превышали 0,3 Вт·ч, и многие из них потерпели полную неудачу, поскольку масштабирование затрудняло транспорт кислорода. Этот новый подход демонстрирует, что можно создавать более крупные элементы без катастрофических потерь выходной мощности или срока службы.

Если литий-воздушные элементы смогут и дальше масштабироваться, сохраняя при этом свою стабильность, они могут изменить будущее электросамолётов и электромобилей с большим запасом хода.

Разработчикам самолётов, особенно тем, кто работает над концепциями вертикального подъёма, нужны аккумуляторы, сочетающие высокую энергию с малой массой. Будущие литий-воздушные аккумуляторы могли бы удовлетворить эти потребности.

Для электромобилей преимущества столь же очевидны. Ёмкость лучших современных аккумуляторов для электромобилей редко превышает 300 Вт·ч/кг, что ограничивает возможности дальних поездок. Теоретически, литий-воздушные аккумуляторы могут обеспечить плотность энергии, приближающуюся к эффективной энергии на килограмм бензина, что кардинально изменит экономичность и практичность дальних поездок на электротяге.