Ученые научились делать батареи из бронежилетов: будут лучше и дешевле литий-ионных

Ученые из Мичиганского университета сделали новое открытие в области литий-серных батарей, которое позволило увеличить их энергоемкость в пять раз, сообщается в пресс-релизе университета. Новая разработка представляет собой более мощную и более экологичную альтернативу литий-ионным батареям, которые зависят от добычи кобальта и выделяют большое количество углекислого газа во время производства.

В чем заключается ноу-хау ученых

Научный прорыв основан на использовании сети нановолокон арамида, полученных из переработки кевлара, который обычно используется в бронежилетах. Арамид нужен для стабилизации химической реакции между литиевым анодом и серным катодом в их батарее. С помощью арамидной мембраны исследователи смогли предотвратить образование литий-серы, также известной как полисульфиды, которые снижали бы ее общую емкость. В то же время эта мембрана позволяла литиевым ионам перемещаться от лития к сере и обратно.

Помимо повышения общей емкости, ученые заявляют, что батарея имеет более 1000 циклов зарядки. Они оценивают, что такая батарея будет иметь срок службы 10 лет при установке в электромобиль.

Руководитель проекта Николас Котов говорит, что в современных реалиях глобальной электрификации транспорта важны не только циклы заряда/разряда, но другие требования: экологичность, дешевизна производства и простая безопасная переработка. Всем этим требованиям соответствует батарея ученых из Мичигана. Исследователь также подчеркивает, что такие батареи можно производить из переработанных бронежилетов и других продуктов из кевлара.

Преимущества и недостатки литий-серных батарей

Говоря о преимуществах литий-серных батарей в целом, нужно отметить, что они имеют высокую энергетическую плотность по сравнению с привычными литий-ионными аккумуляторами. Литий-серные батареи имеют теоретическую энергетическую плотность в пять раз выше, чем у литий-ионного конкурента.

В пользу литий-серных аккумуляторов говорят низкая стоимость и доступность материалов для производства. Литий-серные батареи используют серу в качестве катода, которая является дешевым и распространенным элементарным веществом, в отличие от кобальта и никеля, которые требуются для литий-ионных батарей. К тому же, литий-серные аккумуляторы имеют меньший риск перегрева, взрыва или возгорания, так как они не используют легковоспламеняющиеся или коррозийные химические электролиты.

Экологичность литий-серных батарей так же важна. Их можно производить, как уже отмечалось выше, из переработанных кевларовых продуктов, таких как использованные бронежилеты, что снижает отходы и утилизацию. Кроме того, сера является биодеградируемым материалом, что уменьшает загрязнение окружающей среды.

Однако литий-серные аккумуляторы все еще проигрывают литий-ионным "собратьям" в потере емкости, чего и пытается избежать Николас Котов в своей разработке. Литий-серные батареи подвержены образованию полисульфидов, которые растворяются в электролите и ухудшают контакт между анодом и катодом. Это приводит к снижению емкости и эффективности батареи с каждым циклом зарядки-разрядки.

Так же пока что литий-серные батареи требуют более долгой зарядки по сравнению с литий-ионными, что вряд ли понравится владельцам электромобилей.

Что ждет литий-серную батарею из Мичигана

По словам профессора Котова, он уже подал заявку на патент арамидной мембраны и даже планирует основать компанию для продвижения новой технологии. Ученый утверждает, что дизайн батареи является "почти идеальным" и он достиг теоретических пределов технологии в отношении емкости и эффективности.

Если его технология в конечном итоге выйдет на рынок, она присоединится к таким проектам, как прототип батареи мичиганского стартапа Our Next Energy, направленный на увеличение срока службы и емкости подобных батарей для электромобилей.

Ранее Фокус писал, что инженеры разработали новый тип плавучих ветряков: почему они такие особенные.