Las baterías de litio-aire producen energía a partir del aire, ya menudo se denominan baterías de litio y oxígeno. Son mucho más ligeras que las baterías de iones de litio debido a su mayor densidad de energía. Las baterías de litio-aire tienen aplicaciones que incluyen aumentar la autonomía de conducción de los coches eléctricos con una sola carga. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, La producción industrial de baterías de litio-aire se ve inhibida por problemas fundamentales que no pueden superarse en la actualidad.

Artem Sergeev, un doctorado estudiante del Departamento de Física de Polímeros y Cristales de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú y uno de los coautores dice:"Una batería de litio-aire podría tener entre tres y cinco veces más energía específica que las baterías modernas de iones de litio. Uno de los principales problemas del desarrollo de las baterías de litio-aire es la pasivación de los electrodos, que es la transición de la superficie del material del electrodo a un estado inactivo. Hemos obtenido nuevos datos sobre el mecanismo de reacción y sugerido algunas ideas sobre cómo inhibir la pasivación de electrodos. La técnica podría usarse para solventes más apropiados, electrolitos y materiales de electrodos ".

La atmósfera es una mezcla de gases, pero se requiere oxígeno puro para el funcionamiento de las baterías de litio-aire. El dióxido de carbono y la humedad en los gases atmosféricos ralentizan las reacciones redox subyacentes al funcionamiento de la batería. Algunas estimaciones sugieren que superar estos obstáculos llevará de cinco a diez años. Los científicos de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú están estudiando los procesos que impiden el funcionamiento robusto de las baterías de litio-aire.

Alexei Khokhlov, uno de los autores, dice, "Generalmente, en el caso de éxito en la elaboración, la batería debe ser de litio-aire, lo que implica el uso de aire ambiental. Membranas especiales podrían separar los componentes atmosféricos indeseables, incluida la humedad y el dióxido de carbono. Pero actualmente también hay problemas más fundamentales, y para solucionarlos, utilizamos celdas de litio y oxígeno y suministramos oxígeno puro a partir de botellas de gas ".

El cátodo (un electrodo positivo) en una batería de litio-aire está representado por una esponja de carbón poroso que contiene la solución de electrolito con iones de litio. El cátodo tiene contacto con el entorno de gas exterior, que es necesario para proporcionar el suministro de oxígeno al electrolito, que es un conductor de iones líquidos. Los científicos simularon la interfaz entre el electrodo y la solución de electrolito en el cátodo de una batería de litio-aire y ofrecieron un enfoque para inhibir la pasivación del electrodo. Los investigadores utilizaron el complejo de supercomputadoras de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú para la simulación de todos los átomos con la ayuda de métodos de dinámica molecular.

Alexei Khokhlov dice:"Hay una gran cantidad de procesos y reacciones paralelos que ocurren en el cátodo durante el funcionamiento de la batería de litio-aire. Desafortunadamente, El estudio experimental de las etapas separadas de estos procesos a menudo resulta imposible, mientras que la simulación de etapas separadas de las reacciones con la ayuda de supercomputadoras permite rastrear tendencias básicas en las etapas que estamos estudiando ".

Los científicos han descubierto que la reducción de aniones superóxido que conduce a la pasivación del electrodo es posible solo después de su unión con cationes de litio.

Alexei Khokhlov resume:"Hemos entendido que la formación de productos de descarga no conductores directamente en la superficie del electrodo (su pasivación) tiene lugar solo después de la unión de un intermedio (anión superóxido) con iones de litio, que están muy concentrados cerca de la superficie del electrodo. Si los desplaza, la pasivación no lo hará, probablemente, proceda tan rápido ".