Ученые из Stanford University (Университет в Стэндфорде) представили проект повышения «выностивости» литиево-серных аккумуляторов Емкость батарей уже достигла 350 Вт-час/кг, а в перспективе стремится к 600 Вт-час/кг.
Литиево-серные аккумуляторы
Впервые технология литиево-серных аккумуляторов была представлена американской компанией Sion Power в 2006г. Опытный образец первой батареи имел размер 11х 35 х 55мм, вмещал 2,2 Ампер-часа энергии, что соответствовало напряжению 2,1 В. Его отличительной особенностью был жидкий катод, содержащий серу, отделенную от электролита мембраной. При заряде и разряде батареи происходили неординарных электрохимические процессы.
Литиево-серные аккумуляторы значительно опережают самые мощные литиево-ионные, используемые в электромобилях. Удельная емкость вторых лежит в пределах 100-250 Вт-час/кг. При равном весе батарей пробег электрокаров может возрасти в 2-3 раза.
Недостатком литиево-серных батарей является то, что при их разрядке формируются полисульфиды, которые растворяются в электролите. В результате происходит быстрая потеря активной массы серы и падение емкости.
Существующие ранее экземпляры приходили в негодность уже после 60 циклов заряда-разряда. Несмотря на недостатки, в июле 2010г литиево-серные аккумуляторы от Sion Power, в комбинации с фотоэлектрическими панелями, позволили британскому самолету Zephyr поставить мировой рекорд и продержаться в небе в течение 14 дней.
Инновационные покрытия для частиц серы
Новый электрод для литиево-серных батарей, рассмотренный под микроскопом, выглядит как взбитая застывшая пена. Субмикронные частицы серы покрыты полиэтиленгликолем, удерживающим полисульфиды в ловушке. Сверху нанесены лепестки частично окисленного графена с вкрапленными наночастицами сажи.
Роль «короля» в технологии принадлежит графену. Его использование позволило решить сразу несколько проблем. Графен стал дополнительной защитой, препятствующей потере серы электродом. Графен плюс полиэтиленгликоль позволили создать буферный эластичный слой, дающий возможность микросфере серы изменять объем при заряде и разряде батареи. Графен плюс сажа повысили электропроводность вещества.
Катод, полученный при помощи описанных «хитростей», способен поддерживать удельную емкость 550-600 мА-час/грамм в течение 100 и более циклов. Однако изобретение еще не опробовано достаточно. Электроды, изготовленные для экспериментов, демонстрируют большой разброс параметров. По истечению ста циклов функционирования лучшие из катодов потеряли всего 10-15% первоначальной емкости, тогда как худшим вариантом оказалась потеря 25%. Несмотря на некоторые неудачи, новая технология изготовления литиево-серных аккумуляторов вплотную приблизила их к возможности массового производства и применения.