Литий-воздушные батареи превосходят по удельной энергоёмкости современные литий-ионные устройства примерно в три раза, однако на пути внедрения этой перспективной технологии имеется несколько препятствий, включая образование кислородных пузырьков при разрядке. Этот ещё недостаточно понимаемый учеными процесс ведёт к расширению и быстрому износу батареи.

В новой статье журнала Nature Nanotechnology даётся первое пошаговое объяснение того, как такие пузырьки формируются внутри нанобатареи. Также там представлено пока единственное в своём роде видео, где показано раздувание пузырьков и последующее их сдувание, после которого остаётся только пустая, скомканная оболочка. До сих пор ученые могли наблюдать только сами пузырьки, но не процесс их зарождения.

На основании видеоданных, полученных при наблюдении за миниатюрной батареей, собранной внутри электронного микроскопа, команда участников исследования из Национальной лаборатории PNNL (Pacific Northwest National Laboratories) выдвинула гипотезу, описывающую экспериментальные данные.

В соответствии с ней, при разрядке батареи с положительного электрода выбрасывается сфера супероксида лития, покрытая оболочкой из обычной окиси лития. Затем, внутри сферы происходит химическая реакция с превращением супероксида в перекись лития. Выделяющийся при этом газообразный кислород наполняет и раздувает пузырёк. При зарядке батареи происходит распад пероксида и пузырёк становится похож на лопнувший воздушный шар.

«Полное понимание процесса формирования пузырьков помогло бы нам строить улучшенные литий-воздушные батареи, порождающие меньше пузырьков, — отмечает соавтор статьи, Чунминь Ван (Chongmin Wang). — Итогом могли бы стать более компактные и надежные батареи, хранящие заряд дольше».