Специалисты Корейского научно-исследовательского института электротехнологий (KERI) в Кёнсан-Намдо смогли преодолеть ряд трудностей, связанные с литий-серным аккумулятором следующего поколения, чтобы ускорить его коммерциализацию. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
В отличие от существующих литий-ионных аккумуляторов (LIB), в которых в качестве катодных материалов используются никель, кобальт и другие дорогостоящие редкоземельные элементы, в литий-серном аккумуляторе используется широко распространенная сера, что способствует значительному снижению его производственных затрат.
Литий-серная батарея считается наиболее перспективным кандидатом в качестве основного аккумулятора следующего поколения, поскольку она может демонстрировать удельную плотность энергии, которая теоретически примерно в 5 раз выше, чем у LIB. Тем не менее, есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть для коммерциализации литий-серных батарей.
Когда литий реагирует с серой в процессе зарядки/разрядки тока, в качестве промежуточного продукта образуются так называемые «полисульфиды лития». В итоге это приводит к большой потере катодных материалов при многократном заряде/разряде. Это считалось самым большим препятствием на пути внедрения литий-серных батарей, поскольку такая проблема напрямую вызывала ухудшение их долговечности и безопасности.
В качестве решения проблемы южнокорейские исследователи из KERI применили активированный уголь и фосфор. Волокна активированного угля с микропорами широко используются в различных типах фильтров и отбеливателей благодаря высокой поглощающей способности. Активированный уголь применен в качестве материала покрытия сепаратора для улавливания полисульфидов лития, физически образующихся во время цикла зарядки/разрядки.
Одновременно исследовательская группа применила высокоабсорбирующий фосфор к углеродному материалу для химического улавливания. Этот мультимодальный подход к улавливанию способствовал предотвращению ухудшения характеристик литий-серных аккумуляторов из-за челночного эффекта полисульфидов лития.
Кроме того, исследовательская группа успешно повысила удобство использования литий-ионных аккумуляторов за счет повышения их гибкости. Команда применила материалы из углеродных нанотрубок с высокой проводимостью, интенсивностью и гибкостью к серному катоду, чтобы исключить коллектор сильного тока (для увеличения плотности энергии), при этом обеспечив долговечность со свойством изгиба.
Заявлено, что литий-серная батарея, разработанная KERI с помощью описанного выше процесса, имеет самую высокую плотность энергии в мире – 400 Втч/кг. Таким образом, шансы на коммерциализацию литий-серных батарей стали весьма высокими благодаря сочетанию их высокой плотности энергии, эксплуатационной безопасности (долговечности), гибкости (длительности) с существующими преимуществами, включая малый вес и низкую стоимость.
В частности, ожидается, что литий-серные батареи будут широко использоваться в сфере развития авиационной мобильности, которая требует легкости и большой продолжительности автономной работы, включая аэрокосмическую промышленность, летающие автомобили, беспилотники и т. д.
«Литий-серный аккумулятор является важной технологией для редкоземельных элементов и стран с ограниченными ресурсами, таких как Корея, поскольку в нем используются обильные и недорогие серные и углеродные материалы», – сказал доктор Джун-Ву Пак, возглавлявший исследовательскую группу KERI.