Wszystko, co związane jest z energią elektryczną, to przyszłość. Innymi słowy, baterie i akumulatory są przyszłością i wygląda na to, że ich wariant litowo-siarkowy może być jej częścią.
Baterie wykonane z wykorzystaniem chemii litowo-siarkowej zamiast typowej, bo litowo-jonowej mają naprawdę duży potencjał. Jak duży? Wystarczy wspomnieć o tym, że oferują pięciokrotny wzrost energii „na kilogram”. Problem? Okropnie niska wytrzymałość.
Jednak międzynarodowy zespół naukowców uważa, że pokonał tę przeszkodę dzięki nowemu rodzajowi architektury. Rezultatem tego jest niespotykana wydajność ładowania/rozładowywania baterii litowo-siarkowych, która mogłaby sprawić, że smartfon na jednym ładowaniu wytrzymałby kilka dni.
Cały problem wyjaśnia dr Mahdokht Shaibani z Uniwersytetu Monash:
Jak na ironię, głównym wyzwaniem masowego przyjęcia akumulatorów litowo-siarkowych do tej pory było to, że pojemność elektrody siarkowej jest tak duża, że nie jest w stanie poradzić sobie z powstającym naprężeniem. Zamiast tego pęka, tak samo jak my, gdy jesteśmy narażeni na stres.
To napięcie prowadzi do odkształcenia kluczowych komponentów – matrycy węglowej odpowiedzialnej za przekazywanie elektronów do izolującej siarki oraz spoiwa polimerowego, które utrzymuje te dwa materiały razem. Wynikająca z tego awaria tego połączenia powoduje gwałtowne pogorszenie wytrzymałości akumulatora.
Dlatego nowo opracowana bateria litowo-siarkowa opiera się na tradycyjnym spoiwie, ale jest wytwarzana w inny sposób. Wszystko po to, aby utworzyć bardzo silne wiązania mostkowe między matrycą węglową a cząsteczkami siarki, które otrzymały dodatkową przestrzeń w miarę rozszerzania się baterii podczas ładowania.
Eksperymenty zespołu z tą nową baterią litowo-siarkową przyniosły obiecujące oznaki. Testując ponad 200 cykli, akumulator wykazał wytrzymałość na poziomie ponad 99 procent, „co według naszej najlepszej wiedzy jest niespotykane w przypadku elektrod o tak dużej pojemności” – stwierdził badacz.
Naukowcy twierdzą, że akumulator może zasilać smartfon przez pięć nieprzerwanych dni lub umożliwić pojazdowi elektrycznemu (oczywiście z innym zestawem pojemności) przejechanie ponad 1000 km bez ładowania.
Zespół jest ponadto gotowy do wypróbowania tego akumulatora w nadchodzącym roku, zarówno w samochodach elektrycznych, jak i opcjach magazynowania energii słonecznej. Złożyli również patent na technologię, która oprócz poprawy wydajności zapewnia niższy koszt produkcji i mniejszy wpływ na środowisko niż tradycyjne akumulatory litowo-jonowe.
