Более тысячи циклов. "Сахарные" батареи оказались в пять раз эффективнее литий-ионных
Добавка на основе сахара помешала частицам серы загрязнять электрод и увеличила срок службы аккумулятора.
В Австралии физики собрали литий-серную батарею на основе сахара, которая по емкости в пять раз превзошла литий-ионные аналоги. О таком достижении пишет издание New Atlas.
Добавив сахар, ученым удалось решить проблему со стабильностью литий-сульфурных архитектур. В результате экспериментальный прототип аккумулятора емкостью около 700 мАч на грамм выдержал более тысячи циклов зарядки-разрядки. Главная проблема заключалась в том, что положительный серный электрод расширяется и сжимается во время зарядки, а потому подвергается большим нагрузкам и сильно изнашивается. В то же время, сера загрязняет отрицательный электрод, образуя на нем наросты из полусульфидов, напоминающие мох.
В прошлом году команда физиков из Университета Монаша в Мельбурне разработала специальный связующий агент, который создает дополнительное пространство вокруг частиц серы и дает им больше места для безопасного расширения во время зарядки. В результате у них получилась литий-серная батарея большой емкости, способная выдержать более 200 циклов. После этого ученые начали искать способ защиты литиевого электрода от частиц серы и наткнулись на исследование от 1988 года, которое показало, что вещества на основе сахара предотвращают разложение геологических структур и укрепляют связи между сульфидами.
Со временем им удалось применить это открытие к литий-серным аккумуляторам. Исследователи добавили в сетчатую структуру электрода вещество на основе сахара, которое образует сетчатые микроструктуры, регулирующие поведение серных частиц.
"Таким образом, каждая зарядка длится дольше, что продлевает срок службы батареи. И для производства батарей не требуются экзотические, токсичные и дорогие материалы", — заявил первый автор и аспирант Инги Хуан.
У литиево-серных аккумуляторов еще есть ряд недостатков, которые нужно устранить перед массовым использованием, однако перспективы у этой технологии очень обнадеживающие. Исследователи утверждают, что их разработка может хранить в два-пять раз больше энергии, чем сегодняшние литиевые батареи, а новое открытие приближает их массовое внедрение в повседневную жизнь.
"Несмотря на то, что многие проблемы на катодной стороне батареи были решены нашей командой, все еще существует потребность в дальнейших инновациях в защите металлического литиевого анода, чтобы обеспечить широкомасштабное внедрение этой многообещающей технологии — нововведений, которые могут быть прямо за углом", — признался доктор Махдохт Шайбани.
Ранее другая группа ученых представила перезаряжаемую батарею из хлора, которая работает в шесть раз лучше лития. Технология основана на возвратно-поступательном химическом преобразовании хлорида натрия или хлорида лития в хлор.