Китайские и немецкие учёные объявили о значительном прорыве в разработке литий-серных батарей. Новый подход, представленный в журнале Nature , демонстрирует улучшенную стабильность и производительность этих аккумуляторов благодаря использованию твёрдого электролита.
Литий на протяжении десятилетий является ключевым материалом для создания аккумуляторов. Однако серные соединения, несмотря на более высокую ёмкость хранения лития по сравнению с кремнием, сталкивались с рядом ограничений. Среди них – низкая проводимость, расширение материала при хранении лития и образование растворимых промежуточных соединений, что снижало эффективность и долговечность аккумуляторов.
Основное внимание исследователей было сосредоточено на устранении этих проблем. Они использовали твёрдый электролит, который, благодаря пористой атомной структуре, эффективно проводит ионы, ограничивая при этом движение серосодержащих соединений. Такой подход позволяет значительно повысить эффективность зарядки и замедлить процесс саморазряда.
Прорыв стал возможным благодаря созданию стеклообразной смеси из бора, серы, лития, фосфора и йода. Последний элемент, как отметили учёные, ускоряет перенос электронов и повышает скорость реакций на электродах.
Результаты тестирования впечатляют: даже при высокоскоростной зарядке (50°C, полный заряд за минуту) батареи сохраняли половину своей ёмкости. Более того, после 25 000 циклов зарядки-разрядки аккумуляторы удерживали свыше 80% начальной ёмкости, что значительно превосходит показатели традиционных литий-ионных батарей, изнашивающихся после примерно 1000 циклов.
Несмотря на эти достижения, остаются вопросы о плотности энергии. Экспериментальные расчёты учитывали только вес серы, что оставляет неопределённость относительно общей массы и объёма батарей. Это ограничивает их применение в компактных устройствах, таких как смартфоны и электромобили. Однако для стационарных систем хранения энергии такие батареи могут стать революционным решением благодаря высокой долговечности и быстрой зарядке.
Если удастся наладить массовое производство, литий-серные батареи могут существенно изменить подход к созданию энергоёмких и надёжных систем хранения энергии.