Учені випадково збільшили ємність літієвих батарей утричі

Інженери із США несподівано для себе відкрили технологію, яка дозволить збільшити ємність комерційних акумуляторів. Результати своєї роботи вони описали у статті, опублікованій у журналі Nature Сommunications Chemistry.

Співробітники Університету Дрекселя (Філадельфія) шукали спосіб збільшити термін служби літій-сірчаних батарей, які називають "святим ґраалем" у сфері енергетичних елементів за велику ємність порівняно з літій-іонними. Проте "ґраалі" не бездоганні: через нестабільність структури такі батареї втрачають 78% обсягу при кожному циклі зарядки, тому їх поки що не можна випускати на комерційний ринок.

Учені намагалися змінити конструкцію позитивного електрода (катода), щоб виправити проблему, і в процесі побачили, що стан сірки переходить у мононкулідну гамма-фазу, завдяки чому суттєво уповільнюється (практично зупиняється) реакція, у результаті якої в карбонатному електроліті утворювалися полісульфіди. Примітно, що команді вперше вдалося досягти такого стану за кімнатної температури, адже зазвичай він виникав за температури понад +95 градусів за Цельсієм.

"У минулому столітті було проведено всього кілька досліджень, у ході яких була отримана моноклінна гамма-сірка, і вона була стабільною протягом не більше 20-30 хвилин. Але ми домоглися утворення моноклінної гамма-сірки в катоді, який піддавався тисячам циклів заряду-розряду без зниження продуктивності, і через рік наше дослідження показало, що хімічна фаза збереглася", — розповів один з авторів дослідження Рахул Пай.

Як стверджують інженери, після 4 тис. циклів заряду-розряду протягом року, що еквівалентно 10-ти рокам регулярного використання, сірчаний катод залишився стабільним і не зруйнувався. При цьому ємність літій-сірчаної батареї в 3 рази перевищила ємність літій-іонних аналогів, що зазнали 4 тис. циклів зарядки-розрядки.

Наразі вчені досліджують інноваційний процес для розробки технології для виробників акумуляторів. Очікується, що нові батареї покращать продуктивність мобільних пристроїв, електромобілів та роботів, а також вирішать екологічні проблеми, що виникають внаслідок використання літій-іонних моделей.

Раніше писали, що південнокорейські вчені знайшли спосіб збільшити густину літієвих батарей на 200%. У цьому їм допоміг новий матеріал у вигляді монокристалів марганцю та нікелю, який є катодом.

Писали також, що стартап із США випустив найпродуктивніші літій-іонні батареї із щільністю 50 Втч/кг та 1150 Втч/л. Вони замінили традиційні графітові ґрати на кремнієві нановолокна зі збільшеною провідністю.