Litium-luftbatterier producerar ström från luft, och kallas ofta litium-syre batterier. De är mycket lättare än litiumjonbatterier på grund av högre energitäthet. Litium-luftbatterier har applikationer, inklusive att öka räckvidden för elbilar på en enda laddning. Dock, trots deras fördelar, industriell produktion av litium-luftbatterier hämmas av grundläggande problem som inte kan övervinnas för närvarande.

Artem Sergeev, en doktorsexamen student från institutionen för polymer och kristallfysik vid Lomonosov Moskva State University och en medförfattare säger, "Ett litium-luftbatteri kan potentiellt ha tre till fem gånger mer specifik energi än moderna litiumjonbatterier. Ett av huvudproblemen för litium-luftbatteriets utveckling är elektrodpassivering, vilket är övergången av elektrodmaterialytan till ett inaktivt tillstånd. Vi har fått nya uppgifter om reaktionsmekanismen och föreslagit några idéer om hur man kan hämma elektrodpassivering. Tekniken kan användas för mer lämpliga lösningsmedel, elektrolyter och elektrodmaterial. "

Atmosfären är en blandning av gaser, men rent syre krävs för drift av litium-luftbatterier. Koldioxid och fukt i atmosfäriska gaser saktar ner redox reaktionerna bakom batteridrift. Vissa uppskattningar tyder på att övervinna dessa hinder kommer att ta från fem till tio år. Forskarna från Lomonosov Moskva State University studerar processerna som förhindrar robust drift av litium-luftbatterier.

Alexei Khokhlov, en av författarna, säger, "Rent generellt, vid utarbetande framgång, batteriet ska vara litiumluft, vilket innebär användning av miljöluft. Speciella membran kan separera de oönskade atmosfäriska komponenterna inklusive fukt och koldioxid. Men just nu, det finns också mer grundläggande problem, och för att lösa dem, vi använder litium-syre-celler och levererar rent syre från gasflaskor. "

Katoden (en positiv elektrod) i ett litium-luftbatteri representeras av en porös kolsvamp som innehåller elektrolytlösningen med litiumjoner. Katoden har kontakt med den yttre gasmiljön, som är nödvändig för att tillhandahålla syretillförsel till elektrolyten, som är en flytande jonledare. Forskarna simulerade gränssnittet mellan elektroden och elektrolytlösningen vid katoden i ett litium-luftbatteri och erbjöd ett tillvägagångssätt för att hämma elektrodpassivering. Forskarna använde superdatorkomplexet vid Lomonosov Moskva State University för all-atom-simulering med hjälp av molekylära dynamikmetoder.

Alexei Khokhlov säger, "Det finns ett stort antal parallella processer och reaktioner som uppstår vid katoden under litium-luftbatteridrift. Tyvärr, experimentell studie av de separata stadierna i dessa processer visar sig ofta vara omöjlig, medan simulering av separata steg i reaktionerna med hjälp av superdatorer gör det möjligt att spåra grundläggande trender i de stadier vi studerar. "

Forskarna har funnit att reduktion av superoxidanjoner som leder till elektrodpassivering endast är möjlig efter dess bindning med litiumkatjoner.

Alexei Khokhlov sammanfattar:"Vi har förstått att bildning av icke-ledande urladdningsprodukter direkt på elektrodytan (dess passivering) sker först efter bindning av en mellanprodukt (superoxidanjon) med litiumjoner, som är mycket koncentrerade nära elektrodytan. Om du förskjuter dem, passivation kommer inte, förmodligen, gå så snabbt. "