Выбирай : Покупай : Используй
в фокусе
0

Литий-серные батареи — и электромобиль проезжает в пять раз больше

Ученым удалось совершить прорыв в разработке нового типа аккумуляторов для электромобилей – литий-серных батарей, которые выдерживают намного больше циклов зарядки, чем привычные литий-ионные. Для их производства планируется применять биомиметические технологии.

Сейчас в электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы, рассчитанные на 200-300 циклов зарядки. Предполагается, что им на смену придут литий серные АКБ, но у них есть несколько проблем. Во-первых, их можно перезарядить всего 10 раз. Во-вторых, в них происходит диффузия полисульфида лития и рост литиевых дендритов, что резко сокращает срок их службы.

На изображении: зарядка литий-ионной батареи электромобиля

Хотя до этого уже удавалось увеличить число циклов зарядки литий-серных аккумуляторов, но при это снижались их емкость, надежность и безопасность. Теперь у ученых из Мичиганского университета получилось устранить эти проблемы и создать литий-серный аккумулятор емкостью 1268 мАч/г и сроком службы более 3500 циклов.

Для этого в новом АКБ использована биомиметическая мембрана, которая представляющая собой сеть арамидных нановолокон, пропитанных с пропиткой электролитным гелем. Такая сверхпрочная преграда препятствует росту дендритов – жестких древовидных структур, которые часто образуются в литиевых батареях и растут от одного электрода к другому.

Также мембрана предотвращает объединение атомов лития и серы в полисульфиды, способное привести к резкому уменьшению емкости аккумулятора. Новая мембрана не только пропускает ионы лития от литиевого электрода к серному и обратно, но и задерживает полисульфиды лития.

Схема расположения литий-ионного аккумулятора в электромобиле. На смену ему могут прийти литий-серные АКБ, которые обладают большей емкостью, выносливостью и в перспективе будут выдерживать более 3500 циклов зарядки. Изображение: Volkswagen

Так как оба вида частиц имеют одинаковый размер, то задержать полисульфиды путем простого создания каналов в перегородке невозможно. Потому исследователи сымитировали поры в биологических мембранах и приложили к ним электрический заряд.

В результате полисульфиды лития прилипают к арамидным нановолокнам, после чего их отрицательные заряды начинают отталкивать такие же полисульфидные образования. А вот ионы лития, имеющие положительный заряд, по-прежнему могут свободно перетекать от одного электрода к другому.

<

Схема литий-серной батареи, на которой видно, как ионы лития могут возвращаться к литиевому электроду, а полисульфиды лития не способны проходить через мембрану. При этом дендриты, которые растут из литиевого электрода, не могут вызвать короткое замыкание, пробив мембрану и достигнув серного электрода. Изображение: Ahmet Emre, Kotov Lab

При такой конструкции литий-серной батареи ее емкость близка к теоретически предельной (1675 мА·ч/г), и она также способна работать при низких и сверхвысоких температурах – до +80 ⁰С. И хотя реальный срок службы при быстрой зарядке может снижаться с 3500 до 1000 циклов, это все равно намного больше, чем возможности литий-ионных аккумуляторов

Преимущество литий-серных батарей также заключается в том, что сера – более распространенное вещество, чем кобальт, который применяется в литий-ионных АКБ. Это ведет к удешевлению производства аккумуляторов и как следствие – электромобилей.  К тому же арамидные волокна для биомиметической мембраны можно получить при переработке старых бронежилетов, что делает такие батареи более экологичными.

Усиливают ли тревожность приложения для контроля личных финансов

Комментарии
Статьи по теме