Австралийские ученые придумали способ удлинить время жизни аккумуляторов нового поколения – с помощью добавления сахара.
Для аккумуляторов следующего поколения ученые рассматривают пару химических элементов литий-сера как очень перспективную благодаря ее способности хранить в 5 раз больше энергии, чем сегодняшние литий-ионные батареи. Но продолжительность жизни таких аккумуляторов нестабильна.
Ученые из Австралии придумали новый дизайн архитектуры литий-серного аккумулятора. Для решения проблемы стабильности жизни батареи они добавили сахар и увеличили этим время жизни батареи до 1000 зарядных циклов.
Проблемы литий-серного аккумулятора вызваны тем, что положительный серный электрод батареи расширяется и сжимается во время зарядки. Из-за этого он подвергается значительным нагрузкам и быстро изнашивается. В то же время отрицательный электрод загрязняется соединениями серы.
Год назад группа исследователей из Университета Монаша в Мельбурне разработала специальный связующий агент, который создает дополнительное пространство вокруг частиц серы и оставляет больше места для безопасного расширения серного электрода во время зарядки. Результатом этой разрпаботки стала литий-серная батарея большой емкости, способная выдержать более 200 циклов.
Теперь та же группа ученых взялась предотвратить загрязнение серой отрицательного литиевого электрода. Исследователи вооружились результатом исследования 1988 года, показывающего, как некоторые вещества на основе сахара могут предотвращать разложение в геологических отложениях, способствуя прочным связям между сульфидами. Они решили применить такие вещества к литий-серной батарее, чтобы предотвратить высвобождение полисульфидов (цепочек серы) из положительного электрода. Именно они, высвобождаясь из серного электрода, перемещаются к литиевому электроду и образуют на нем наросты.
Ученые ввели в структуру серного электрода добавку на основе сахара, которая образует сетчатые микроструктуры, регулирующие поведение полисульфидов. Экспериментальная батарейка с сахарной добавкой продемонстрировала емкость около 700 мАч на грамм, которая поддерживалась в течение 1000 зарядных циклов.
Исследователи говорят, что их технология может хранить в два-пять раз больше энергии, чем сегодняшние литиевые батареи, и с этим новым исследованием они считают, что они сделали ключевой шаг к ее использованию в реальном мире.
Правда, усовершенствованная литий-серная батарейка имеет другие недостатки, над которыми еще надо работать, отмечают ученые.
«Несмотря на то, что многие проблемы на катодной стороне батареи были решены нашей командой, все еще существует потребность в дальнейших инновациях в защите металлического литиевого анода, чтобы обеспечить широкомасштабное внедрение этой многообещающей технологии», – говорит одна из авторов работы Махдохт Шайбани (Mahdokht Shaibani).
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .