Розробка може Японські дослідники з Університету Тохоку (Tohoku University) представили літій-сірчану батарею нового покоління, яка демонструє більш ніж удвічі вищу енергетичну щільність порівняно з сучасними літій-іонними акумуляторами. суттєво збільшити запас ходу електромобілів і час автономної роботи мобільних пристроїв
Фото: magnific.com
Літій-сірчані (Li-S) батареї давно вважаються однією з найперспективніших альтернатив літій-іонним. Їхні головні переваги — висока теоретична енергоємність та використання сірки, яка є дешевою, доступною й екологічнішою за низку традиційних матеріалів для акумуляторів. Проте широкому впровадженню цієї технології роками заважав так званий ефект «полісульфідного шатлу» (polysulfide shuttle), коли проміжні сполуки мігрують між електродами, прискорюючи деградацію батареї.
Новий матеріал TUS-44 вирішує ключову проблему
Щоб подолати цей недолік, команда науковців створила новий гібридний матеріал TUS-44@G — поєднання ковалентного органічного каркаса (COF) із графеном. На відміну від традиційних бар’єрних шарів, він не просто перешкоджає переміщенню полісульфідів, а хімічно зв’язує їх і водночас прискорює необхідні електрохімічні реакції.
Під час лабораторних випробувань батарея продемонструвала високу оборотну питому ємність — 1455,7 мА·год/г при густині струму 0,2 А/г. Навіть за значно інтенсивнішого навантаження (10 А/г) вона зберігала ємність 773 мА·год/г, що свідчить про здатність ефективно працювати за високих швидкостей заряджання та розряджання.
Під час тесту на довговічність, який охопив 1000 циклів заряджання та розряджання при густині струму 5 А/г, середня деградація ємності становила лише 0,034% на цикл. За словами дослідників, це свідчить про високу циклічну стабільність літій-сірчаного акумулятора та значний прогрес у подоланні проблеми швидкого зношування таких батарей.
Не менш важливим виявився показник енергетичної щільності. Прототип літій-сірчаного акумулятора у форматі pouch cell забезпечив початкову енергетичну щільність близько 674 Вт·год/кг. Для порівняння, сучасні серійні літій-іонні батареї зазвичай мають показник 250–300 Вт·год/кг, тобто нова технологія потенційно дозволяє накопичувати більш ніж удвічі більше енергії за аналогічної маси.
Читайте також: Вчені назвали причину аномальної спеки у Європі
Перспективи для електромобілів і гаджетів
Якщо технологію вдасться масштабувати для масового виробництва, електромобілі зможуть долати значно більші відстані без підзарядки. Крім того, використання дешевої та поширеної сірки потенційно дозволить знизити собівартість виробництва акумуляторів.
За словами авторів дослідження, запрограмований на молекулярному рівні підхід до створення інтерфейсів відкриває шлях до появи ще більш ємних, довговічних і швидких літій-сірчаних батарей. Наразі команда працює над оптимізацією технології для промислового виробництва.
Редакція PSM звертає увагу, що наведені результати отримані під час лабораторних випробувань і поки що стосуються прототипів. До комерційного використання технології необхідно масштабувати виробництво, підтвердити стабільність характеристик у реальних умовах експлуатації та довести економічну доцільність масового випуску таких акумуляторів. Водночас досягнуті показники свідчать, що літій-сірчані батареї залишаються одним із найперспективніших напрямів розвитку систем накопичення енергії.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Дві надмасивні чорні діри готуються до зіткнення: наслідки відчує і Земля
Вчені створили рідину, яка накопичує енергію як батарея
На Сонці зафіксовано надпотужні спалахи класу X1 та М8
Джерела: zamin.uz; tohoku.ac.jp.
Telegram 
Viber 
