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

Учені з університету Мічигану зробили нове відкриття в галузі літій-сірчаних батарей, яке дозволило збільшити їх енергомісткість у п'ять разів, повідомляється в пресрелізі університету. Нова розробка є більш потужною та більш екологічною альтернативою літій-іонним батареям, які залежать від видобутку кобальту та виділяють велику кількість вуглецю під час виробництва.

У чому полягає ноу-хау вчених

Науковий прорив заснований на використанні мережі нановолокон араміду, отриманих із перероблюваного кевлару, який зазвичай використовують у бронежилетах. Арамід потрібен для стабілізації хімічної реакції між літієвим анодом та сірчаним катодом у їхній батареї. За допомогою арамідної мембрани дослідники змогли запобігти утворенню літій-сірки, також відомої як полісульфіди, які б знижували її загальну місткість. Водночас ця мембрана дозволяла літієвим іонам переміщатися від літію до сірки та назад.

Окрім підвищення загальної місткості, вчені заявляють, що батарея має понад 1000 циклів заряджання. Вони оцінюють, що така батарея матиме термін служби 10 років під час встановлення в електромобіль.

Керівник проєкту Ніколас Котов каже, що в сучасних реаліях глобальної електрифікації транспорту важливі не лише цикли заряду/розряду, а й інші вимоги: екологічність, дешевизна виробництва та просте безпечне перероблювання. Всім цим вимогам відповідає батарея вчених із Мічигану. Дослідник також наголошує, що такі батареї можна виготовляти з перероблюваних бронежилетів та інших продуктів з кевлару.

Переваги та недоліки літій-сірчаних батарей

Говорячи про переваги літій-сірчаних батарей загалом, слід зазначити, що вони мають високу енергетичну щільність порівняно зі звичними літій-іонними акумуляторами. Літій-сірчані батареї мають теоретичну енергетичну щільність у п'ять разів вище, ніж у літій-іонного конкурента.

На користь літій-сірчаних акумуляторів можна назвати низьку вартість та доступність матеріалів для виробництва. Літій-сірчані батареї використовують сірку як катод, яка є дешевою і поширеною елементарною речовиною, на відміну від кобальту та нікелю, які потрібні для літій-іонних батарей. До того ж літій-сірчані акумулятори мають менший ризик перегріву, вибуху або займання, оскільки вони не використовують легкозаймисті або корозійні хімічні електроліти.

Екологічність літій-сірчаних батарей так само важлива. Їх можна виробляти, як уже зазначалося вище, з перероблених кевларових продуктів, таких як використані бронежилети, що знижує відходи й утилізацію. Крім того, сірка є біодеградованим матеріалом, що зменшує забруднення навколишнього середовища.

Однак літій-сірчані акумулятори все ще програють літій-іонним "побратимам" у втраті місткості, чого і намагається уникнути Ніколас Котов у своїй розробці. Звичайні літій-сірчані батареї схильні до утворення полісульфідів, які розчиняються в електроліті та погіршують контакт між анодом і катодом. Це призводить до зниження місткості та ефективності батареї з кожним циклом зарядки-розрядки.

Також поки що літій-сірчані батареї вимагають більш тривалої зарядки порівняно з літій-іонними, що навряд чи сподобається власникам електромобілів.

Що чекає на літій-сірчану батарею з Мічигану

За словами професора Котова, він уже подав заявку на патент арамідної мембрани та навіть планує заснувати компанію для просування нової технології. Вчений стверджує, що дизайн батареї є "майже ідеальним" і він досяг теоретичних меж технології щодо місткості та ефективності.

Якщо його технологія зрештою вийде на ринок, вона приєднається до таких проєктів, як прототип батареї стартапу мічиганського Our Next Energy, що спрямований на збільшення терміну служби та місткості подібних батарей для електромобілів.

Раніше Фокус писав, що інженери розробили новий тип плавучих вітряків: чому вони такі особливі.