Стокгольм, 30 апреля, АЗЕРТАДЖ

Чтобы удовлетворить потребности в электричестве в будущем, будут необходимы новые аккумуляторные технологии. Одним из вариантов являются литиево-серные батареи, теоретическая плотность энергии которых примерно в пять раз выше, чем у ионно-литиевых батарей. Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции представили многообещающий прорыв для этого типа батарей, используя католит с помощью графеновой губки.

Как сообщает АЗЕРТАДЖ со ссылкой на специальное сообщение, распространенное Техническим университетом Чалмерса, новая идея исследователей - пористый губчатый аэрогель, изготовленный из восстановленного оксида графена, который действует как автономный электрод в элементе батареи и позволяет лучше и более эффективно использовать серу. Традиционный аккумулятор состоит из четырех частей. Во-первых, есть два поддерживающих электрода, покрытых активным веществом, которые известны как анод и катод. Между ними находится электролит - жидкость, позволяющая переносить ионы вперед и назад. Четвертым компонентом является сепаратор, который действует как физический барьер, предотвращая контакт между двумя электродами, в то же время позволяя переносить ионы. Ранее исследователи экспериментировали с объединением катода и электролита в одну жидкость, так называемый «католит». Концепция может помочь сэкономить в весе батареи, а также предложить более быструю зарядку и лучшие возможности питания. Теперь, с разработкой графенового аэрогеля, эта концепция оказалась жизнеспособной, предлагая некоторые очень многообещающие результаты. Взяв стандартный корпус батарейки типа «таблетка», исследователи сначала вставляют тонкий слой пористого графенового аэрогеля.

«Вы берете аэрогель, который представляет собой длинный тонкий цилиндр, а затем режете его - почти как салями. Вы берете этот кусочек и сжимаете его, чтобы вставить в батарею», - отметила Кармен Кавалло, сотрудница факультета физики Технического университета Чалмерса и ведущий сотрудник данных исследований. Затем обогащенный серой раствор - католит - добавляется в аккумулятор. Высокопористый аэрогель действует как опора, впитывая раствор как губка. «Пористая структура графенового аэрогеля является ключевой. Он впитывает большое количество католита, обеспечивая достаточно высокую загрузку серы, чтобы сделать концепцию католита целесообразной. Этот вид полужидкого католита действительно важен здесь. Это позволяет сере циркулировать назад и вперед без каких-либо потерь», - заявила Кармен Кавалло.

Часть раствора католита также наносится на сепаратор, чтобы он мог выполнять свою роль электролита. Это также максимизирует содержание серы в батарее. Сегодня большинство используемых аккумуляторов, от мобильных телефонов до электромобилей, представляют собой литиево-ионные аккумуляторы. Но этот тип батарей приближается к пределам своих возможностей, поэтому новые химические составы становятся необходимыми для технологий с более высокими требованиями к мощности. Литиево-серные батареи имеют несколько преимуществ, в том числе гораздо более высокую плотность энергии. Лучшие литиево-ионные аккумуляторы, имеющиеся на рынке в настоящее время, работают с мощностью около 300 Вт/ч при теоретическом максимуме около 350 Вт/ч. В то же время у литиево-серных батарей теоретическая плотность энергии составляет от 1000 до 1500 Вт/кг. Кроме того, сера стоит не дорого, очень распространена и гораздо более экологична.

«Преимущество литиево-серных батарей также заключается в том, что в них нет необходимости содержать какой-либо вредный для окружающей среды фтор, что обычно встречается в литиево-ионных батареях», - говорит Александр Матич, профессор факультета физики Университета Чалмерса, который возглавляет исследовательскую группу. До сих пор проблема с литиево-серными батареями заключалась в их нестабильности и, как следствие, в низком сроке службы. Текущие версии быстро вырождаются и имеют ограниченный срок службы с непрактично низким числом циклов. Но при тестировании своего нового прототипа исследователи Университета Чалмерса продемонстрировали сохранение 85% емкости после 350 циклов, что является заметным улучшением. Новая конструкция позволяет избежать двух основных проблем, связанных с деградацией литиево-серных батарей: первая - сера растворяется в электролите и теряется, а вторая - «эффект челнока», при котором молекулы серы мигрируют от катода к аноду. В этой конструкции эти нежелательные проблемы могут быть значительно уменьшены.

Несмотря на полученные результаты, исследователи отмечают, что им предстоит еще долгий путь, прежде чем технология сможет полностью реализовать рыночный потенциал. «Поскольку эти батареи производятся альтернативно большинству обычных батарей. Необходимо будет разработать новые производственные процессы, чтобы сделать их коммерчески жизнеспособными», - говорит Александр Матич.

Рауф Алиев

собкор АЗЕРТАДЖ

Стокгольм