Мы уже писали об экспериментальном аккумуляторе, заряжающемся за 10-20 секунд. И вот еще одна новинка. Обычно в топливных элементах топливо и окислитель поступают извне, а в аккумуляторах все компоненты, необходимые для реакции, находятся в самой батарее. В новом элементе топливо всегда расположено в корпусе устройства, а вот кислород, необходимый для его окисления, поступает из атмосферы.

Лабораторный прототип необычной батареи построила группа учёных университетов Стретчклайда и Ньюкасла под руководством профессора Питера Брюса (Peter Bruce) из университета Сент-Эндрю. Новая батарея, обладающая одновременно чертами топливных элементов и литиево-ионных аккумуляторов, способна в несколько раз превзойти последние по удельной ёмкости.

Справедливости ради надо сказать, что новое устройство напоминает воздушно-цинковые батареи (Zinc-air battery), но они либо одноразовые, либо нуждаются в механической перезарядке (смене картриджа). Новая батарея действует, как обычный аккумулятор, то есть способна заряжаться от сети.

По сути новый аккумулятор представляет собой специфическую литиево-ионную батарею (Lithium-ion Battery) — это литиево-кислородная батарея (Lithium Oxygen Battery), или иначе — Li-O2 ячейка. В классическом литиево-ионном аккумуляторе: анод из графита, катод из оксида кобальта лития и электролит, содержащий литиевую соль.
Ионы лития курсируют между двумя электродами в процессе зарядки и разрядки, отправляя электроны во внешнюю цепь в ту или иную сторону.

По мнению Брюса, именно положительный электрод является главным препятствием для увеличения плотности энергии в таких батареях. Потому в новой ячейке ученый заменил традиционный катод на тонкую пластинку из очень лёгкого высокопористого углерода, с добавкой высокоэффективного катализатора, который с одной стороны пропитывается электролитом, а с другой — сообщается через мембрану с атмосферным воздухом, сообщает membrana.ru. Когда такой аккумулятор отдаёт ток в нагрузку, кислород из воздуха проникает в пористый углерод, где вступает в реакцию с ионами лития из электролита и, забирая электроны из внешней цепи, образует оксид лития Li2O2.

Оригинальность разработки в том, что все реакции тут обратимы: если новый аккумулятор заряжать от розетки — оксид разлагается, высвобождая ионы лития в электролит, а кислород — обратно в атмосферу. Анализ опытной ячейки при помощи рентгеновской дифракции показал, что весь оксид лития, который формируется при разряде, полностью разлагается во время заряда батареи. О том же говорит и масс-спектрометрия, зафиксировавшая выход кислорода во время подзарядки аккумулятора. При этом по удельной ёмкости на единицу веса Li-O2 ячейка превзошла обычные литиевые батарейки для сотовых телефонов в 8 раз, — сообщают авторы разработки.

Прежде, чем опытный образец превратится в реальную Li-O₂  батарею, ученым придется более глубоко изучить процессы, идущие во время разряда и заряда такой ячейки — в частности, подобрать лучшие катализаторы. Как известно, именно катализаторы играют ключевую роль в восстановлении лития и эмиссии кислорода обратно в воздух.

Разработчики утверждают, что отдачу такой ячейки можно увеличить до 10 раз по сравнению со стандартным аккумулятором. Но это в лабораторных условиях. При массовом производстве у нового Li-O2 аккумулятора (скажем, для мобильного телефона с пластиковым корпусом) показатели окажутся всего лишь вдвое лучше, чем у сегодняшних литиевых аккумуляторов, — сообщает Питер Брюс.