Специалистами химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М. В. Ломоносова создана и запатентована электрохимическая ячейка, которая дает возможность изучать химические процессы в материалах аккумуляторов с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности. Эта разработка уже пролила свет на процессы, протекающие в литий-воздушных аккумуляторах.
Литий-воздушные аккумуляторы вырабатывают электричество буквально из воздуха: принцип их работы построен на окислении лития кислородом воздуха до пероксида лития Li2O2. По энергетической плотности такие аккумуляторы примерно в пять раз превосходят современные литий-ионные аккумуляторы.
Однако в промышленное производство литий-воздушных аккумуляторы пока не пошли из-за фундаментальных и технологических сложностей. Одна из них — быстрая деградация положительного электрода, как правило, изготавливаемого из углерода. В результате аккумулятор теряет работоспособность буквально после десятка циклов зарядки-разрядки.
Наблюдать за процессами, протекающими в электролите и электродах, непосредственно во время работы позволяют специальные модельные электрохимические ячейки. В ячейке, созданной группой химиков из МГУ под руководством доктора химических наук, профессора Лады Яшиной, на твердый электролит нанесен слой графена. В отличие от обычных электродов, используемых в электрохимических ячейках, этот слой прозрачен для фотоэлектронов, делая возможным применение рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии — ключевого аналитического метода, прояснившего причину деградации электрода.
Изучая работу аккумулятора, ученые выяснили, что к разрушению положительного электрода приводит реакция углерода с очень активным и при этом короткоживущим супероксидом лития LiO2, а не пероксидом Li2O2, как считалось ранее. Существуя всего несколько секунд, супероксид успевает окислить поверхность углеродного электрода.
Новая ячейка позволяет изучать процессы не только в литий-воздушных аккумуляторах, но и в источниках тока с другими носителями заряда.