Літій-іонні відходять у минуле: нові батареї легші, щільніші та надшвидко заряджаються

Інженери з Австралії створили літій-сірчаний акумулятор, який перевершує літій-іонні аналоги. Подробиці стали відомі порталу TechXplore.

Досі літій-сірчані акумулятори не були комерційно вигідні, оскільки вони занадто повільно заряджалися через складний хімічний склад. Співробітники Університету Монаша виправили цю проблему в результаті дослідження, що тривало п'ять років. Вони надихнулися хімічним складом поширеного антисептика бетадину і змогли прискорити швидкість заряду і розряду, зробивши акумулятори придатними для інтенсивного використання на практиці. Крім того, їхні прототипи мають щільність енергії вдвічі вищу, ніж у звичайних літій-іонних батарей, водночас вони значно легші та доступніші.

За словами доктора Петара Йовановича, літій-сірчані акумулятори можна застосовувати в електромобілях для далеких поїздок, комерційних безпілотниках, а в майбутньому, якщо технологія розвиватиметься далі, — навіть в електричних літаках і кораблях, яким потрібні надійні та легкі джерела енергії. Якщо говорити про електромобілі, то з такою батареєю вони зможуть проїхати на 1000 кілометрів більше на одному заряді, а підзарядка скоротиться до кількох годин.

"Уявіть собі електромобіль, здатний проїхати від Мельбурна до Сіднея на одній зарядці, або смартфон, який заряджається за лічені хвилини, — ми перебуваємо на порозі того, щоб зробити це реальністю", — сказав доктор Йованович.

Співкерівник дослідження і директор дослідницького центру ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials професор Майнак Маджумдер додав, що літій-сірчана конструкція зазвичай насилу підтримує високу продуктивність без швидкої деградації, але ця революційна батарея може витримувати великий обсяг енергії, що витрачається одночасно, не виходячи з ладу. Вони дешевші у виробництві і зберігають більше енергії.

"Ми використовували унікальну хімію сірки, щоб зробити акумулятор, який одночасно і безпечніший, і ефективніший. З нашим новим каталізатором ми подолали один з останніх бар'єрів, що залишилися для комерціалізації, — швидкість зарядки. Наш каталізатор значно поліпшив продуктивність C-rate акумуляторів Li-S, продемонстровану в ранніх прототипах комірок для перевірки концепції", — прокоментував Майнак Маджумдер.

Дослідницька група продовжує вводити нововведення. Наразі вони розробляють нові добавки, здатні ще більше прискорити час заряджання, а також методи, які зменшують кількість необхідного літію.

Якщо збільшити виробництво комірок, технологія може забезпечити щільність енергії до 400 Вт-год/кг. Завдяки цьому батареї добре підійдуть для додатків, що вимагають динамічних характеристик, таких як авіація, де батареї повинні витримувати високі показники заряду під час зльоту і ефективно перемикатися на низькі показники заряду під час крейсерського польоту. Літій-іонні батареї також є більш екологічною альтернативою матеріалам, що використовуються в традиційних літій-іонних батареях, які залежать від обмежених і часто екологічно шкідливих ресурсів, таких як кобальт.

Вчений каже, що, за прогнозами, до 2028 року обсяг світового ринку літій-сірчаних акумуляторів становитиме 209 мільйонів доларів США. Новаторська робота Університету Монаша може вивести Австралію на передові позиції в цій швидкозростаючій галузі.

Раніше вчені з Китаю створили незвичайну літій-сірчану батарею зі здібностями дощового черв'яка — вона продовжує працювати, навіть якщо її розрізано навпіл. Вона зберегла 72% початкової ємності після 300 циклів заряду-розряду.