سرعت پایین پیشرفت صنعت باتری، محدودیتهای زیادی را برای روند تکنولوژی فعلی ایجاد کرده است. در این زمینه، یکی از تکنولوژیهای نویدبخش که میتواند نسل نوینی از باتریها را ارائه دهد، باتری‌های لیتیم-هوا هستند. این باتریها ظرفیت فوق العادهای دارند اما در عرض چند هفته با کاهش ظرفیت مواجه میشوند که با طراحی جدیدی از این باتری و اعمال تغییر در واکنش لیتیم-هوا میتوان طول عمر آنها را بهبود داد.
باتری‌های لیتیم-هوا به شدت مورد استقبال واقع شدهاند، زیرا برخلاف باتری لیتیم-یون نیاز نیست تا تمام اجزای سل در دسترس باشند. در واقع، در یکی از الکترودها فلز لیتیم وجود دارد و در الکترود دیگر، لیتیم با اکسیژن موجود در هوا واکنش میدهد و در صورت شارژ باتری لیتیم-هوا، اکسیژن به محیط پیرامون وارد میشود. در نتیجه این فرایند، باتری با دانسیته انرژی بسیار بالا تا حتی 5 برابر بدست میآید.
مشکلی که در این باتریها وجود دارد این است که لیتیم و اکسیژن به شدت واکنشپذیر هستند و باعث تخریب باتری خواهند شد. محققان دانشگاه ایلینیوس مدعی شدند که مشکل عدم پایداری باتری‌های لیتیم-هوا را با طراحی جدیدی رفع کردهاند. در این طراحی، الکترود لیتیم با پوششی از لیتیم کربنات پوشانده میشود. در این حالت، یونهای لیتیم از آند به درون الکترولیت وارد شده و سایر ترکیبات نامطلوب نیز وارد الکترولیت نخواهند شد. ضمناً ساخت اینچنین لایه محافظی نیز آسان است و برای این کار باید چند چرخه شارژ-دشارژ با کربن دی اکسید موجود در اتمسفر انجام گیرد که باعث تجمع ساختاری کریستالی از لیتیم کربنات بر لیتیم میگردد.
کاتد نیز مکانی است که اکسیژن وارد باتری میشود. ترکیبی که در اینجا استفاده شده، مولیبدن دی سولفید است که لایه نازکی از لیتیم پراکسید از طریق واکنشها را ایجاد میکند. این لایه در حضور هوا خنثی است و و از وقوع واکنشهای نامطلوب بر روی کاتد جلوگیری میکند.
این تیم تحقیقاتی در گام اول، یک شبیه سازی کامپیوتری را انجام دادند و در ادامه با طراحی یک سل مناسب و استفاده از نیتروژن، اکسیژن و آب، باتری مورد نظر را تست کردند. این باتری به میزان 750 چرخه شارژ-دشارژ را طی کرد که برای چندسال کاربرد دارد. در مرحله بعد باید این نمونه به صورت تجاری مورد ارزیابی قرار گیرد تا باتری لیتیم-هوا وارد بازار گردد.
