Ścigacz.pl

Akumulatory litowo-jonowe są jednymi z najlżejszych, są one stosowane przede wszystkim we wszelkiego rodzaju sprzęcie elektronicznym. Obecnie najczęściej wykorzystuje się je w laptopach, telefonach komórkowych, aparatach cyfrowych oraz innych urządzeniach przenośnych, ale są także stosowane w motoryzacji, bo dzięki nim zasięg pojazdu na jednym ładowaniu może sięgnąć nawet kilkuset kilometrów.

Czy dotychczasowe akumulatory LI-ion zostaną zastąpione, a w zasadzie unowocześnione z wykorzystaniem innego pierwiastka? 

Akumulatory litowo-siarkowe (Li-S) przyciągnęły wiele uwagi jako technologia magazynowania energii nowej generacji. Pewne cechy sprawiają, że mogą okazać się znacznie lepsze niż akumulatory litowo-jonowe.

W porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi (Li-ion), akumulatory Li-S mają wyższą teoretyczną gęstość energii, niższy koszt i lepszą kompatybilność środowiskową niż akumulatory litowo-jonowe. Jednak jedną z głównych obaw związanych z bateriami Li-S jest wpływ na środowisko związany z poszukiwaniem, wydobywaniem i transportem litu, dlatego ważne jest, aby używać jak najmniej litu.

Oczywiście nie ma róży bez kolców, a akumulatory Li-S też mają pewne ograniczenia. Zazwyczaj baterie te składają się z anody litowej (elektrody ujemnej) i katody siarkowej (elektrody dodatniej) z warstwą oddzielającą. Podczas ładowania i rozładowywania, duża ilość litu i siarki reaguje ze sobą, narażając metal litowy na duże obciążenia.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Monash University opracowali nową konstrukcję baterii litowo-siarkowej, która zużywa mniej litu, ma więcej energii na jednostkę objętości, działa dłużej i będzie o połowę tańsza od baterii litowo-jonowych. Żeby to osiągnąć, badacze zastosowali nanoporowatą, ultraszybką, permoselektywną powłokę polimerową z politrimetylosililopropylenu (PTMSP) bezpośrednio na folię litową. Cienka powłoka polimerowa na licie znacznie poprawiła liczbę cykli pracy akumulatora.

Powłoka poprawia wydajność cykli poprzez dwa mechanizmy. Po pierwsze, obniżona przepuszczalność LiPS wynikająca z nanoporów PTMSP zmniejsza zanikanie pojemności z powodu nieodwracalnej utraty aktywnej siarki i litu w wyniku reakcji LiPS-anoda. Po drugie, PTMSP działa jako rusztowanie w celu zmniejszenia ilości litu o wysokiej powierzchni tworzącego się podczas cyklu i zmniejszenia utraty litu poprzez tworzenie się martwego litu.

"Polimer zawiera maleńkie otwory o wielkości mniejszej niż nanometr - jedna miliardowa metra - co pozwala jonom litu na swobodne przemieszczanie się, jednocześnie blokując inne substancje chemiczne, które mogłyby zaatakować lit. Powłoka działa również jako rusztowanie dla litu i pomaga mu wielokrotnie ładować się i rozładowywać" - powiedział szef projektu Declan McNamara z Monash Engineering.

"Metaliczny lit to trochę miecz obosieczny. Ten pierwiastek jest pełen energii, ale w niedopracowanej baterii energia ta jest marnowana na reakcje uboczne. Z drugiej strony, jeśli energia zostanie odpowiednio ukierunkowana, może stworzyć niesamowite urządzenia do magazynowania mocy, które są łatwiejsze do wykonania. Ta powłoka jest krokiem w kierunku wysoce wydajnych, łatwych w produkcji akumulatorów Li-S" - dodał McNamara.

W testach laboratoryjnych powlekane anody wykazują 5,7 razy większą gęstość litu, co przekłada się na lepszą wydajność cykliczną dzięki zwiększonej retencji pojemności i lepszemu wykorzystaniu litu. Ponadto nowy projekt nie wymaga niklu ani kobaltu, eliminując potrzebę stosowania minerałów, które mają znaczące koszty środowiskowe i społeczne.

Osiągnięcia te są istotnymi i obiecującymi krokami w kierunku szerszego zastosowania akumulatorów litowo-siarkowych i innych systemów magazynowania energii opartych na licie i metalu. "Technologie ochrony ogniw litowo-metalowych staną się kluczowe w naszym dążeniu do stworzenia energooszczędnych i zrównoważonych akumulatorów przyszłości. Badanie to ustanawia nowe ramy ochrony Li-metalu przed szybkim rozpadem lub katastrofalną awarią, która była piętą achillesową akumulatorów Li-S" - podsumował McNamara.