Рентген показал химические проблемы аккумуляторов

С помощью рентгеновской микроскопии ученым из Стэнфордского университета впервые удалось понять, из-за чего постоянно ломаются литий-серные аккумуляторы. Оказалось, проблема кроется в неправильно организованном процессе химической реакции.

Большинство современных электромобилей используют литий-ионные батареи – очень дорогие, составляющие половину стоимости всей машины. Одной из самых перспективных замен дорогому и не очень емкому литий-ионному источнику питания являются литий-серные аккумуляторы. Они не только стоят дешевле, но еще при этом могут хранить в 5 раз больше энергии. Однако все эксперименты с новой батареей заканчиваются неутешительно: после нескольких десятков циклов зарядки/разрядки она перестает работать. Этого естественно очень мало – аккумулятор автомобиля должен иметь срок службы 10-20 лет, т.е. выдерживать много тысяч циклов заряд/разряд.

Литий-серный аккумулятор состоит из двух электродов - анода из лития и катода из серы и углерода. Несколько исследователей пришли к выводу, что короткий жизненный цикл батареи связан с химическими реакциями, разрушающими серу в катоде.

Однако новое исследование опровергло выводы предыдущих экспериментов. С помощью мощного источника рентгеновского излучения впервые удалось заснять мельчайшие детали аккумулятора непосредственно в процессе работы. В результате выяснилось, что частицы серы в катоде не деградируют.

Проблема крылась в процессе реакции ионов лития с серой при разряде аккумулятора. Побочным продуктом этой химической реакции являются соединения, известные как полисульфиды лития. Они просачиваются в электролит и создают прочные связи с литием. В результате активная среда разрушается и аккумулятор перестает работать.

К счастью, оказалось, что сера в аккумуляторе разрушается очень слабо и причина неисправности кроется не в этом. С другой стороны, даже небольшого количества полисульфидов лития достаточно, чтобы аккумулятор начал терять работоспособность. Но, по мнению ученых, с подобной проблемой можно справится, предотвратив утечку полисульфидов в электролит.