Аккумуляторы следующего поколения переходят к коммерческой жизнеспособности

Литий-серные аккумуляторы были провозглашены следующим большим шагом в технологии аккумуляторов, обещая значительно более длительное использование для всего, от мобильных телефонов до электромобилей на одной зарядке, и в то же время являются более экологически безопасными в производстве, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Тем не менее, эти батареи работают не так долго, как их литий-ионные аналоги, со временем деградируя и приходя в негодность.

Группа исследователей в Технической школе Кокрелла в Техасском университете в Остине нашла способ стабилизировать одну из самых сложных частей литий-серных батарей, приблизив технологию к коммерчески жизнеспособной. Выводы команды, опубликованные вчера в Джоуле, показывают, что создание искусственного слоя, содержащего теллур, внутри батареи на месте, поверх металлического лития, может продлить его срок службы в четыре раза.

“Сера является изобильной и экологически благоприятной, и в США нет проблем с поставками этого материала”, – сказал Арумугам Мантирам, профессор машиностроения и директор Техасского института материалов. – “Но есть технические проблемы. Мы уменьшили проблему, чтобы продлить срок службы этих батарей”.

Литий является реактивным элементом, который имеет тенденцию разрушать другие элементы вокруг него. Каждый цикл литий-серной батареи – процесс зарядки и разрядки – может вызвать образование мшистых игольчатых отложений на литиевом металлическом аноде, отрицательном электроде батареи. Это запускает реакцию, которая может привести к общему ухудшению качества батареи.

Отложения разрушают электролит, который задерживает ионы лития в обеих направлениях зарядки и разрядки. Это может задержать часть лития, удерживая электрод от полной мощности, необходимой для сверхдлительного использования, обещанного технологией. Реакция также может привести к короткому замыканию аккумулятора и потенциальному возгоранию.

Искусственный слой, сформированный на литиевом электроде, защищает электролит от разрушения и уменьшает моховые структуры, которые удерживают литий от образования во время зарядов.

“Слой, сформированный на поверхности лития, позволяет ему работать, не разрушая электролит, и это продлевает срок службы батареи”, – сказал Амрут Бхаргав, который вместе с аспирантом Санджаем Нандой является соавтором статьи.

Мантирам добавил, что этот метод может быть применен к другим литиевым и натриевым батареям. Исследователи подали предварительную патентную заявку на технологию.

“Стабилизирующий слой формируется с помощью простого процесса на месте и не требует дорогостоящих или сложных процедур предварительной обработки или нанесения покрытия на литий-металлический анод”, – сказал Нанда.

Решение проблемы нестабильности этой части батареи является ключом к продлению срока ее службы и более широкому внедрению. Мантирам сказал, что литий-серные батареи в настоящее время лучше всего подходят для устройств, которые требуют легких батарей и могут работать в течение длительного времени без подзарядки и не требуют большого количества циклов зарядки, таких как у дронов. Но они могут сыграть важную роль в расширении ассортимента электромобилей и расширении использования возобновляемых источников энергии.

По словам Мантирама, положительный и отрицательный электроды в литий-серных батареях обладают в 10 раз большей зарядной емкостью, чем материалы, используемые в современных литий-ионных батареях, что означает, что они могут обеспечить гораздо большее использование от одного заряда. Сера широко доступна в качестве побочного продукта нефтегазовой промышленности, что делает аккумуляторы недорогими в производстве. Сера также более экологична, чем металлооксидные материалы, используемые в ионно-литиевых батареях.

По материалам Techxplore