Новый "регенерирующий" материал может привести к революции в области аккумуляторов

Группа ученых из Университета Калифорнии в Сан-Диего (США) нашли самовосстанавливающийся материал, который поможет создать улучшенные аккумуляторы из серы и лития. Они опубликовали статью об исследовании в журнале Nature.

Физики давно пытаются создать твердотельные литий-серные батареи, поскольку теоретически они являются лучшей альтернативой существующим литий-ионным батареям, которые в настоящее время питают в смартфонах и другой технике, благодаря большему запасу энергии и низкой стоимости. Они были бы очень полезны для электромобилей, ведь способны удвоить запас хода без увеличения веса или размера.

Упомянутые аккумуляторы состоят из твердого электролита, анода из металлического лития и катода из серы. Главной проблемой оказались катоды (электроды с отрицательным полюсом) — сера плохо проводит электроны, поэтому они могут расширяться и сжиматься во время зарядки, а значит повреждаться в процессе работы. Однако теперь ученые изготовили новый материал для электродов катод в виде кристалла из серы и йода. Йод повышает проводимость катода в 100 миллиардов раз.

"Мы очень рады открытию этого нового материала. Резкое увеличение электропроводности серы является неожиданностью и очень интересным с научной точки зрения", — передает cайт EurekAlert cлова Пина Лю, профессора наноинженерии и директора Центра устойчивой энергетики и энергетики Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Более того, новый кристаллический материал имеет низкую температуру плавления — 65 градусов по Цельсию (149 градусов по Фаренгейту) — чашка кофе может быть горячее. Это означает, что катод можно легко расплавить после зарядки и восстановить части, поврежденные после нескольких циклов. Это важная функция, которая позволит литий-серному аккумулятору прослужить гораздо дольше.

По словам профессора наноинженерии Шуэ Пинг Онг, соавтора исследования, открытие поможет выпустить литий-серные батареи на коммерческий рынок. Йод разрушает межмолекулярные связи, удерживающие молекулы серы вместе, ровно настолько, чтобы понизить температуру ее плавления до оптимального уровня — выше комнатной, но достаточно низкой для регулярного плавления.

"Низкая температура плавления нашего нового катодного материала делает возможным ремонт интерфейсов, что является давно искомым решением для этих батарей, — сказал соавтор исследования Цзяньбинь Чжоу. — Этот новый материал является перспективным решением для будущих твердотельных батарей с высокой плотностью энергии".

Чтобы проверить эффективность нового катодного материала, исследователи сконструировали тестовую батарею и подвергли ее повторяющимся циклам зарядки и разрядки. Аккумулятор оставался стабильным в течение более 400 циклов, сохраняя при этом 87 процентов своей емкости.

"Способность батареи самовосстанавливаться просто за счет повышения температуры может значительно продлить общий срок службы батареи, создавая потенциальный путь к реальному применению твердотельных батарей", — прокомментировал соавтор исследования Кристофер Брукс, главный научный сотрудник исследовательского института Honda в США.

Команда работает над дальнейшим развитием технологии твердотельных литий-серных аккумуляторов путем совершенствования конструкции элементов и расширения их формата.

"Хотя еще многое предстоит сделать для создания жизнеспособной твердотельной батареи, наша работа является значительным шагом. Эта работа стала возможной благодаря тесному сотрудничеству между нашими командами в Калифорнийском университете в Сан-Диего и нашими партнерами по исследованиям в национальных лабораториях, научных кругах и промышленности", — добавил Пин Лю.

Ранее писали, когда смартфоны могут получить аккумуляторы нового типа. Например, в Китае стартап Betavolt Technology представил новую ядерную батарею, которая может питать смартфон в течение 50 лет.