Naukowcy z Monash University są na dobrej drodze do komercjalizacji baterii litowo-siarkowej, której pojemność znacznie przewyższa obecnie stosowane akumulatory litowo-jonowe. Jak przekonują autorzy rozwiązania, nowe baterie byłyby w stanie zasilać smartfon nieprzerwanie przez pięć dni i pozwoliłby samochodom elektrycznym na pokonanie 1000 kilometrów bez konieczności ładowania.
Baterie litowo-siarkowe (Li-S) są znane już od jakiegoś czasu i choć charakteryzują się dużą pojemnością, znacznie większą niż popularne baterie litowo-jonowe, to do szerokiego zastosowania do tej pory nie weszły ze względu na krótką żywotność i problemy ze stabilnością. Ale naukowcy z Monash University twierdzą, że rozwiązali ten problem.
Akumulatory litowo-siarkowe
Australijscy uczeni poinformowali, że udało im się wyprodukować baterię Li-S, która utrzymuje 99 proc. sprawność przez 200 cykli ładowania/rozładowywania, a to właśnie spadająca pojemność podczas kolejnych cykli ładowania/rozładowywania była główną przeszkodą w komercjalizacji tej technologii. Wersja do smartfona byłaby w stanie zasilać urządzenie przez pięć dni, a akumulator samochodowy pozwoliłby na pokonanie 1000 kilometrów bez konieczności ładowania – przekonują badacze.
Projektem badawczym w Monash University w Melbourne kieruje Mahdokht Shaibani. Badaczka wraz z międzynarodowym zespołem opracowała akumulator o pojemności cztery-pięć razy większej niż obecnie stosowane baterie litowo-jonowe. Badania nad nadającą się do komercjalizacji baterią litowo-siarkową ukazały się na łamach pisma „Science Advances”.
– Pomyślne wyprodukowanie i wdrożenie akumulatorów Li-S w samochodach i sieciach energetycznych zrewolucjonizuje australijski rynek pojazdów i zapewni wszystkim Australijczykom czystszy i bardziej niezawodny rynek energii – powiedział profesor Mainak Majumder, współautor badań.
Uczony dodał, że udało im się osiągnąć przełom, który może odmienić sposób produkcji telefonów, samochodów czy komputerów w przyszłości. Przyznał też, że zespół badawczy otrzymał spory zastrzyk gotówki (w wysokości 2,5 milion dolarów) od australijskiego rządu i partnerów przemysłowych na przetestowanie tej technologii w samochodach i sieciach energetycznych. Testy mają rozpocząć się w tym roku.
Baterie przyszłości
Jak przyznali autorzy nowego rozwiązania, problem z baterią Li-S polegał na tym, że pojemność elektrody siarkowej jest tak duża, iż rozpada się ona w cyklach ładowania i rozładowywania, a przewaga energetyczna szybko zanika. – Elektroda się rozpada, a następnie bateria szybko umiera – przyznała Shaibani.
Dzieje się tak, ponieważ elektroda siarkowa rozszerza się i kurczy w trakcie cyklu ładowania i rozładowywania, a zmiana objętości sięga około 78 proc. Zmiana objętości występuje również w elektrodach w obecnie stosowanych akumulatorach litowo-jonowych, które zasilają m.in. smartfony, ale jest około osiem razy mniejsza.
Aby zapobiec rozpadowi elektrody w akumulatorze litowo-siarkowym, naukowcy dali cząsteczkom siarki więcej miejsca na rozszerzanie się i kurczenie. Opracowali też nową metodę wiązań między cząsteczkami, która zapewnia większą wytrzymałość na stres bez spadku wydajności i daje niespotykaną dotąd stabilność.
Duża wydajność, niskie koszty produkcji, dostępność materiałów, łatwość przetwarzania i mniejszy wpływ na środowisko czynią nową technologię niezwykle atrakcyjną do przyszłych zastosowań. – Takie podejście sprzyja nie tylko wysokiej wydajności i długiemu cyklowi życia, ale jest również proste i wyjątkowo tanie w produkcji i może prowadzić do znacznego ograniczenia odpadów niebezpiecznych dla środowiska – powiedział zaangażowany w projekt profesor Matthew Hill.
Australijscy naukowcy opatentowali swoje rozwiązanie. Co więcej, prototypowe ogniwa zostały wyprodukowane przez niemieckich partnerów badawczo-rozwojowych – Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology i pomyślnie przeszły pierwsze testy. Dalsze testy będą prowadzone w Australii. Zainteresowanie nową technologią wyrazili już najwięksi producenci akumulatorów litowo-jonowych z Europy oraz z Chin.
Źródło: New Scientist, fot. Monash University
