У исследователей есть большие надежды на щелочные батареи металла/кислорода, потому что их теоретическая плотность энергии особенно высока. В таких батареях один электрод сделан из чистого щелочного металла. После освобождения этот электрод бросает электроны к схеме и положительные ионы к электролиту.
Встречный электрод сделан из пористого углерода и находится в контакте с воздухом. В этом электроде кислород уменьшен, подняв электроны в присутствии металлических ионов.
Это может привести ко множеству металлических окисных комплексов. Поскольку батарея заряжена, этот процесс полностью изменен: Кислород (O (2)) выпущен к воздуху в положительном электроде, в то время как щелочной металл депонирован в отрицательном электроде.Много основных проблем стоят на пути практического внедрения таких систем: недостаточный rechargeability; многочисленные реакции стороны, которые ограничивают стабильность; и, в испытаниях, используя литий, засоряясь пористого электрода литиевым пероксидом.
Натрий намного легче получить и может быть лучшим выбором. Клетки кислорода натрия удивительно не производят пероксид натрия, вместо этого делая, главным образом, супероксид натрия (NaO (2)), который может быть почти обратимо преобразован назад в элементы во время зарядки.Система также требует безводного, околоушного растворителя (который не может выпустить H (+) ионы) для электролита.
Dimethylsulfoxide (диметилсульфоксид) является хорошим выбором для электрохимических заявлений, но это, к сожалению, реагирует с натрием, чтобы сформировать продукты, которые могут быть проблематичными.Мингфу Хэ, Ка Чунь Ло, Йийинг Ву и их команда в Университете штата Огайо, Университете штата Калифорния и Национальной лаборатории Аргонна (США) теперь нашли, что подход решает эту проблему.
В их системе очень высокая концентрация органического соленого натрия trifluoromethanesulfonimide (NaTFSI) стабилизирует диметилсульфоксид в присутствии натрия.При помощи спектроскопии Рамана решений для электролита NaTFSI/DMSO вместе с вычислительными моделированиями ученые смогли объяснить, почему это так. Очень сконцентрированные решения приводят к структуре свободно crosslinked На (диметилсульфоксид) (3) единицы TFSI, который перевязывает значительную долю молекул диметилсульфоксида, оставляя только некоторых доступными для реакции. Натрий тогда предпочтительно нападает на анионы TFSI, который выгоден, потому что продукт формирует пассивирующий защитный слой на электроде натрия.
Исследователи построили маленькую батарею с этой системой. Это продемонстрировало хорошие электрохимические свойства и подверглось 150 циклам обвинения/выброса без любого известного снижения эффективности.
Напротив, клетки с разведенным решением для электролита могли только прослужить 6 циклов.