Нов вид високоефективна литиева батерия разчита на сярата – евтин, изобилен и лесно достъпен материал (снимка: CC0 Public Domain)
Учени разработиха нова формула за литиево-серна батерия, която е лека, евтина, с висока енергийна плътност, безопасна и дълготрайна. Тя може да намери приложение в системите за съхранение на възобновяема енергия, електромобилите и бъдещите летящи превозни средства.
За разлика от съществуващите литиево-йонни батерии, които използват никел, кобалт и други скъпи редкоземни елементи и материали за катода, литиево-серната батерия разчита на сяра – евтин и лесно достъпен химичен елемент, един от най-разпространените на планетата. Това допринася значително за намаляване на производствените разходи.
Литиево-серната батерия се счита за обещаващ кандидат за акумулатор от следващо поколение, тъй като теоретично може да осигури енергийна плътност, приблизително 5 пъти по-висока от тази на литиево-йонните ѝ “колеги”.
Има обаче няколко предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да се случи комерсиализацията на литиево-серната батерия. Когато литият срещне сяра по време на процеса на зареждане/разреждане се образуват така наречените „литиеви полисулфиди“ – като междинен продукт. Процесът на разтваряне, който следва, на свой ред води до загуба на катодния материал при многократното зареждане/разреждане. Това е проблем, пряко свързан с дълготрайността на батерията и нейната безопасност.
Сега група учени от Корейския институт за електротехнологични изследвания (KERI) са разработили „евтина и гъвкава литиево-серна батерия с висока енергийна плътност“, анонс за която се появи в журнала „Small”. В своята разработка екипът на KERI е използвал активен въглен и фосфор.
Влакната от активен въглен с микропори се използват широко в различни видове филтри и избелващи средства благодарение на способността им за абсорбция. Изследователският екип е приложил активния въглен като материал за покритие на сепаратора за улавяне на литиеви полисулфиди, генерирани по време на цикъла на зареждане/разреждане.
Наред с това изследователският екип е приложил силно абсорбиращ фосфор към въглеродния материал за химическо улавяне. Този мултимодален подход за улавяне е допринесъл за предотвратяване на влошаването на производителността на литиево-серната батерия поради влиянието на литиевите полисулфиди.
Междувременно изследователският екип успешно е увеличил използваемостта на Li-S батерията, подобрявайки нейната гъвкавост. За целта учените приложили материал от въглеродни нанотръби с висока проводимост, интензитет и гъвкавост към серния катод. Това е позволило увеличаване на енергийната плътност и подобряване на издръжливостта при огъване.
Счита се, че литиево-серната батерия, разработена от KERI, има най-високата енергийна плътност в света от 400Wh/kg. Изгледите за комерсиализация на литиево-серната батерия са обещаващи, предвид комбинацията от висока енергийна плътност, безопасност на работата (дълголетие), гъвкавост и съществуващите предимства – ниско тегло, достъпност на материала, независимост от доставчиците и ниска цена.
Очаква се литиево-серните батерии да намерят приложение до голяма степен в областта на бъдещата авиационна мобилност, където се изискват лекота, капацитет и дълготрайност, както и при аерокосмическите системи, електромобилите, дроновете, летящите автомобили.