Вчені зі США розробили нову конструкцію літій-сірчаних акумуляторів, які змусять смартфони, дрони і навіть електромобілі довше працювати без підзарядки. Вони винайшли крихітний фільтр товщиною в один атом, який блокує рух частинок сірки всередині системи, що запобігає виходу з ладу. Дослідження опублікували в журналі ACS Applied Materials & Interfaces.
Які переваги літій-сірчаних акумуляторів?
Літій-сірчані акумулятори легші та мають більшу ємність у легшому корпусі порівняно з традиційними літій-іонними, однак сірка збирається в довгі ланцюжки, які засмічують механізм, розряджаючи акумулятор і скорочуючи термін його служби. Інженери з Флоридського університету, Університету Пердью та Університету Вандербільта розробили високоефективний фільтр, який вирішує цю проблему на молекулярному рівні.
Як працює новий фільтр?
Фільтром виступає плівка графену з ідеально підібраними отворами, які розділяють літій і сірчані ланцюги. З фільтром акумулятори зберігали практично повну ємність протягом більш ніж 150 циклів зарядки-розрядки, але без нього швидко втрачали продуктивність під час випробувань. Ще багато чого належить зробити, щоб масово виробляти і використовувати літій-сірчані батареї, але відкриття такої технології стало великим прогресом.
“Це як мікроскопічний кавовий фільтр або вишибала в клубі. Крихітні іони літію легко прослизають, але великі ланцюги сірки блокуються”, — розповів доцент кафедри машинобудування та аерокосмічної техніки Флоридського університету Піран Кідамбі. Він додав, що літій-іонні акумулятори довго вдосконалювалися і добре працюють, але їхня здатність зберігати енергію обмежена вагою. Літій-сірчані батареї можуть бути набагато легшими і зберігати більше електроенергії.
Середня вага літій-іонного акумулятора електромобіля становить близько 450 кг, а запас ходу — від 320 до 400 км. При тій самій вазі літій-сірчаний акумулятор дасть змогу проїхати набагато далі. Крім того, з їхньою допомогою мобільні телефони працюватимуть довше без підзарядки, а легші акумулятори дадуть змогу дронам довше перебувати в повітрі.
“Під час переходу з автомобілів на вантажівки, поїзди або кораблі вага акумулятора зростає експоненціально, тому що для їхнього переміщення потрібно більше енергії”, — пояснив Піран Кідамбі. “Це називається компаундуванням ваги. Акумулятор починає важити майже стільки ж, скільки вантаж, який він має перевозити”.
Раніше у США компанія Titan Dynamics випробувала дрон з літій-сірчаним акумулятором від Lyten. Завдяки йому час польоту збільшився майже втричі.
