Литий-серные батареи являются перспективным решением для хранения энергии с такой высокой плотностью, что смартфоны могут работать на них в течение пяти дней. Тем временем ученые продолжают делать новые интересные открытия, которые приближают их к коммерческой реальности. Последние достижения принадлежат исследователям из австралийского Университета Монаша, которые разработали новую слоистую структуру, обеспечивающую высокую емкость и длительный срок службы таких устройств.

Литий-серные батареи могут стать основой для электромобилей, которые нужно будет заряжать только раз в неделю, и новый прорыв делает их еще на один шаг ближе. Depositphotos

реклама

 

Преимущества литий-серных батарей заключаются не только в том, что они способны хранить в четыре-пять раз больше энергии, чем современные литиево-ионные устройства. В литий-ионных батареях используются такие металлы, как кобальт, марганец и никель, а добыча этих материалов сопряжена с экологическими и гуманитарными издержками, и ожидается, что по мере перехода мира на электротранспорт поставки будут только сокращаться.

Сера же, наоборот, является доступным и дешевым материалом, но батареи, использующие ее, страдают от проблем со стабильностью, возникающих из-за химических реакций, происходящих во время эксплуатации. В процессе работы таких устройств образуются мелкие частицы, называемые полисульфидами, которые создают проблемы для анодного элемента батареи и значительно сокращают срок службы устройства.

Существуют перспективные решения этой проблемы, которые включают в себя интеграцию кевларовых волокон для подавления движения полисульфидных частиц и использование редкой химической фазы серы для полного предотвращения их образования. Команда Университета Монаша нашла успех в другом подходе, сосредоточившись на сепараторном слое, который располагается между двумя электродами батареи.

"Прослойка литиевой батареи располагается в центре батареи и удерживает электроды друг от друга, помогая литию быстрее переходить с одной ее части на другую", - говорит профессор Мэтью Хилл, возглавлявший исследование. "Новая прослойка компенсирует медленную скорость заряда и разряда литий-серных батарей предыдущего поколения".

Как утверждается, конструкция обеспечивает отличную защиту анода и превосходное сохранение емкости, причем ученые продемонстрировали ее эффективность в течение тысяч циклов.

"Прослойка не дает полисульфидам  (химическому веществу, которое образуется в батареях этого типа), перемещаться по батарее; полисульфиды мешают аноду и сокращают срок службы батареи", - говорит ведущий автор Эхсан Гасемиестабанати. "Это означает, что батарею можно заряжать и разряжать до 2 000 раз без какого-либо ущерба".

По словам ученых, этот тип батарей может позволить создать электромобиль, который нужно будет заряжать, допустим, только раз в неделю, и создать перезаряжаемые аккумуляторы, более устойчивые, чем нынешние литий-ионные элементы питания.

"Эти батареи не зависят от минералов, поставки которых будут сокращаться по мере развития электроэнергетики, так что это еще один шаг к более дешевым, чистым и высокоэффективным батареям, которые можно производить в масштабах страны", - говорит профессор Хилл.

Исследование было опубликовано в журнале Journal of Materials Chemistry A.

Источники: Университет Монаша
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/TA/D1TA07523C
 https://www.monash.edu/news/articles