Команда дослідників прагне ще більше підвищити потенціал літій-сіркових акумуляторів
Дослідники з Університету Вандербільт та Університету Меріленд представили нову клітинну хімію, яка може суттєво підвищити щільність енергії літій-сіркових акумуляторів. Завдяки використанню хлору цей підхід дозволяє здійснювати додаткову передачу електронів при вищій напрузі.
Графік: Університет Вандербільт
Літій-сіркові акумулятори вже давно вважаються перспективною альтернативою класичним літій-іонним елементам, оскільки сірка є у великій кількості та може зберігати значно більше енергії на одиницю ваги. Однак досі реалізація їх у стабільній та практично придатній формі виявлялась складною.
У дослідженні, опублікованому у фаховому журналі „Nature Energy“, команда з американських університетів Vanderbilt University та University of Maryland описує новий підхід, при якому сірка бере участь у додатковій реакції зберігання енергії. Результатом є акумулятор на основі сірки, який працює при вищій середній напрузі та здатний зберігати більше енергії.
Прототип літій-сіркового акумулятора зміг зберегти 1 700 ват-годин енергії
У той час як у традиційних системах кожен атом сірки обмінюється двома електронами, нова система також включає хлор для передачі третього електрона. У лабораторних тестах це дозволило збільшити ємність зберігання сірки приблизно на 58 відсотків та підняти середню робочу напругу з приблизно 2,05 вольт до 2,54 вольт. Завдяки поєднанню підвищеної здатності до зберігання заряду та вищої напруги один кілограм сірки у експериментальному пристрої міг зберігати понад 1 700 ват-годин енергії.
Щоб забезпечити зворотність процесу, дослідники використали молекулярні симуляції для проектування електроліту. Він утримує хлор у реактивному стані та водночас запобігає розчиненню утвореного продукту сірки та хлору та його переміщенню до аноду з літієвим металом.
78 відсотків ємності після 100 циклів заряджання
Різні техніки спектроскопії підтвердили, що сірка під час процесів заряджання та розряджання неодноразово переходить у новий стан. Аккумулятор типу Pouch після 100 циклів заряджання зберіг 78 відсотків своєї початкової ємності.
Однак до комерційного використання потрібно ще багато роботи, оскільки прототип використовує анод з літію та металу, а також більшу кількість електроліту. Враховуючи всі основні компоненти акумулятора, а не лише електроди, вчені оцінюють, що цей підхід може забезпечити гравіметричну щільність енергії на рівні 477 Вт·г/кг. Це відповідає значенню, що на приблизно 37 відсотків перевищує аналогічну традиційну систему на основі літію та сірки.
„Традиційний підхід до літієво-сірчаних акумуляторів залишає частину редокс-здатності сірки невикористаною“, — сказав Де-ен Цзян, професор хімічної технології та хімії у Університеті Вандербільт та співавтор дослідження. „Ми хотіли з’ясувати, чи можемо ми розширити редокс-здатність сірки та використати її для зберігання більшої кількості енергії“.
