Яка проблема літій-сірчаних акумуляторів?
Німецькі вчені створили новий матеріал, що усуває проблему літій-сірчаних (Li-S) акумуляторів — швидку деградацію. Це відкриття дозволить вивести на ринок батареї, які не тільки дешевші, екологічніші та довговічніші за літій-іонні. Сірка, один із найдешевших і найпоширеніших елементів на планеті, здатна стати основою для акумуляторів нового покоління.
Літій-сірчані акумулятори давно вважаються багатообіцяючою альтернативою літій-іонним. Їхня теоретична щільність енергії набагато вища, а сірка, на відміну від кобальту і нікелю, доступна у величезних кількостях і коштує дешевше. Проте, один нюанс не давав змоги впроваджувати на практиці елементи Li-S: у процесі їхньої роботи утворюються побічні продукти — полісульфіди, які призводять до швидкої втрати ємності і короткого терміну служби.
Яке рішення запропонували вчені?
Дослідники Центру імені Гельмгольца в Берліні розробили пористий полімерний матеріал, відомий як ковалентна органічна структура (COF). Вчені впровадили в цю “губчасту” структуру спеціальні радикали — молекули з неспареними електронами на основі сіркоорганічної сполуки тетратіафульвалена (TTF). Ці радикали діють як крихітні, але надзвичайно ефективні каталізатори.
Коли полісульфіди намагаються витікати, пориста структура матеріалу вловлює їх, а радикали запускають хімічну реакцію, що перетворює шкідливі побічні продукти назад на корисну сірку. Таким чином, матеріал постійно “регенерує” батарею зсередини, не даючи їй деградувати.
Які результати випробувань нового матеріалу?
Випробування показали, що новий матеріал кардинально покращує продуктивність літій-сірчаних батарей. Акумулятор із ним витримав понад 1500 циклів заряджання-розряджання, втрачаючи лише 0,027% ємності за цикл. Це безпрецедентний рівень довговічності для подібних органічних каталізаторів, що значно перевершує типову межу в 1000 циклів для Li-S батарей. Цей крок здатний зробити дешеві, безпечні та надємні сірчані акумулятори комерційною реальністю.
