Результаты исследования Корейского научно-исследовательского института электротехнологий (KERI), касающиеся «недорогих и гибких литий-серных батарей с высокой плотностью энергии», были недавно опубликованы на обложке журнала Small.
В отличие от существующих литий-ионных батарей (LIB), в которых в качестве катодных материалов используются никель, кобальт и другие дорогостоящие редкоземельные элементы, в литий-серной батарее используется сера, один из наиболее распространенных элементов, что способствует значительному снижению себестоимости ее производства. Литий-серная батарея считается перспективным кандидатом для батареи следующего поколения, поскольку теоретически она может демонстрировать удельную плотность энергии , которая примерно в 5 раз выше, чем у ЛИА.
Тем не менее, есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть для коммерциализации литий-серных батарей. Когда литий встречается с серой в процессе заряда/разряда, в качестве промежуточного продукта образуются так называемые «полисульфиды лития». Из-за его высокой растворимости он приводит к челночному феномену растворенных полисульфидов лития, что приводит к потере катодных материалов при многократном заряде/разряде. А именно, это означает потерю серы по мере того, как она продолжает растворяться в электролите. Таким образом, полисульфидный челнок считался самым большим препятствием на пути коммерциализации литий-серных батарей, поскольку эта проблема напрямую связана с ухудшением долговечности и безопасности батарей.
В связи с этим компания KERI применила активированный уголь и фосфор (P). Волокна активированного угля с микропорами широко используются в различных типах фильтров и отбеливателей благодаря высокой поглощающей способности. Исследовательская группа применила активированный уголь в качестве материала покрытия сепаратора для улавливания полисульфидов лития, физически образующихся во время цикла зарядки/разрядки. Кроме того, 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.
Считается, что литий-серная батарея, разработанная KERI с помощью описанного выше процесса, имеет самую высокую плотность энергии в мире — 400 Втч/кг. Шансы на коммерциализацию литий-серных батарей высоки 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 будущей авиационной мобильности, которая требует легкости и большой продолжительности жизни, 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. Он также сказал: «Мы планируем объединить результаты этого исследования с технологией «крупномасштабного синтеза твердого электролита», разработанной и принадлежащей KERI, чтобы обеспечить исходную технологию для твердотельной литий-серной батареи следующего поколения».
Теги: батарея
