Проривна літій-сірчана батарея витримала 4000 циклів заряджання без деградації

Дослідники з США відкрили новий спосіб виробництва та стабілізації рідкісної форми сірки для використання як електроліт для елементів живлення. По-перше, ця розробка дозволить зробити економічно вигідними літій-сірчані батареї. По-друге, її ємність утричі вища, ніж у літій-іонних акумуляторів. По-третє, стабільність батареї не падає протягом 4000 циклів зарядки-розрядки або 10 років використання.

Враховуючи постійне зростання продажів електромобілів, не дивно, що ціни на сировину — літій, нікель, марганець і кобальт – стали під час пандемії уповільнювати виробництво автомобільних батарей у потрібній кількості. Так що багато команд дослідників стали виявляти великий інтерес до альтернативних варіантів акумуляторів. Наприклад, до літій-сірчаних, здатних запасати багато енергії і не відчувають проблем з дефіцитом сировини, пише Science Daily.

Заковика впровадження сірки в літієву батарею з вуглецевим електролітом у тому, що вона викликала незворотну хімічну реакцію з утворенням полісульфідів. Через це попередні спроби створення літій-сірчаної батареї закінчувалися майже негайним припиненням її роботи лише через один цикл. Однак, батареї Li-S вже демонстрували видатні характеристики в експериментах з іншим ефірним електролітом, але у них теж не було комерційного майбутнього – ефір занадто леткий, а в деяких компонентів такої батареї занадто низька точка кипіння.

Фахівці з Університету Дрекселя знайшли спосіб обійти перешкоди, що заважали появі літій-сірчаних батарей на ринку. Вони розробили новий катод з вуглецевих нанониток, але його ефективність у вуглецевому електроліті слід перевірити.

Випробування показали, що метод осадження з парової фази привів до кристалізації сірки непередбачуваним чином, перетворивши її на моноклінну гамма-сірку, трохи змінену форму цього елемента. Ця хімічна фаза сірки зазвичай зустрічається у природі у нафтових джерелах. Її плюс у тому, що вона не вступає в реакцію з вуглецевим електролітом, тому небезпеки утворення полісульфідів не виникає.

Експериментальний катод зберіг стабільність після року випробувань та 4000 циклів зарядки-розрядки, що еквівалентно, за підрахунками вчених, 10 рокам регулярного використання. При цьому прототип батареї з таким катодом забезпечив більшу ємність, ніж у стандартної літій-іонної батареї.

Автори відкриття ще не до кінця розібралися в механізмі створення стабільної моноклінної сірки при кімнатній температурі, але переконані, що прорив відкриє шлях до створення більш доступних акумуляторів, що майже не зношуються.

Австралійські вчені з Університету Монаша розробили минулого року новий рецепт для виготовлення літій-сірчаних акумуляторів. Експериментальна комірка із цукровим шаром забезпечив ємність 700 мАг на грам і легко витримав 1000 циклів перезарядки.

Источник:  hightech.plus