Литий-ионные уходят в прошлое: новые батареи легче, плотнее и сверхбыстро заряжаются

Инженеры из Австралии создали литий-серный аккумулятор, который превосходит литий-ионные аналоги. Подробности стали известны порталу TechXplore.

До сих пор литий-серные аккумуляторы не были коммерчески выгодны, поскольку они слишком медленно заряжались из-за сложного химического состава. Сотрудники Университета Монаша исправили эту проблему в результате исследования, длившегося пять лет. Они вдохновились химическим составом распространенного антисептика бетадина и смогли ускорить скорость заряда и разряда, сделав аккумуляторы пригодными для интенсивного использования на практике. Кроме того, их прототипы имеют плотность энергии в два раза выше, чем у обычных литий-ионных батарей, при этом значительно легче и доступнее.

По словам доктора Петара Йовановича, литий-серные аккумуляторы можно применять в электромобилях для дальних поездок, коммерческих беспилотниках, а в будущем при дальнейшем развитии технологии — даже в электрических самолетах и кораблях, которым нужны надежные и легкие источники энергии. Если говорить об электромобилях, то с такой батареей они смогут проехать на 1000 километров больше на одном заряде, а подзарядка сократится до нескольких часов.

"Представьте себе электромобиль, способный проехать от Мельбурна до Сиднея на одной зарядке, или смартфон, который заряжается за считанные минуты, — мы находимся на пороге того, чтобы сделать это реальностью", — сказал доктор Йованович.

Соруководитель исследования и директор исследовательского центра ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials профессор Майнак Маджумдер добавил, что литий-серная конструкция обычно с трудом поддерживает высокую производительность без быстрой деградации, но эта революционная батарея может выдерживать большой объем энергии, расходуемой одновременно, не выходя из строя. Они дешевле в производстве и хранят больше энергии.

"Мы использовали уникальную химию серы, чтобы сделать аккумулятор, который одновременно и безопаснее, и эффективнее. С нашим новым катализатором мы преодолели один из последних оставшихся барьеров для коммерциализации — скорость зарядки. Наш катализатор значительно улучшил производительность C-rate аккумуляторов Li-S, продемонстрированную в ранних прототипах ячеек для проверки концепции", — прокомментировал Майнак Маджумдер.

Исследовательская группа продолжает вводить новшества. В настоящее время они разрабатывают новые добавки, способные еще больше ускорить время зарядки, а также методы, которые уменьшают количество необходимого лития.

Если увеличить производство ячеек, технология может обеспечить плотность энергии до 400 Вт·ч/кг. Благодаря этому батареи хорошо подойдут для приложений, требующих динамических характеристик, таких как авиация, где батареи должны выдерживать высокие показатели заряда во время взлета и эффективно переключаться на низкие показатели заряда во время крейсерского полета. Литий-ионные батареи также являются более экологичной альтернативой материалам, используемым в традиционных литий-ионных батареях, которые зависят от ограниченных и часто экологически вредных ресурсов, таких как кобальт.

Ученый говорит, что, по прогнозам, к 2028 году объем мирового рынка литий-серных аккумуляторов составит 209 миллионов долларов США. Новаторская работа Университета Монаша может вывести Австралию на передовые позиции в этой быстрорастущей отрасли.

Ранее ученые из Китая создали необычную литий-серную батарею со способностями дождевого червя — она продолжает работать, даже если разрезана пополам. Она сохранила 72% первоначальной емкости после 300 циклов заряда-разряда.