Дослідники з Німеччини, Індії та Тайваню представили концепцію літій-сірчаних акумуляторів для електрокарів, які скорочуватимуть час повного заряджання до менш ніж 30 хвилин.

Наразі, в умовах глобального переходу на електротранспорт, скорочення часу заряджання акумуляторів залишається однією з ключових задач для розробників та дослідників по всьому світу. Сучасні Li-ion-акумулятори заряджаються від 20 до 80% десь за 20-30 хвилин, однак повна зарядка займає значно більше часу. Між тим високошвидкісна зарядка призводить до скорочення терміну роботи елементів батареї.

Проведене дослідниками з Кільського університету та їхніми колегами з Індії та Тайваню дослідження передбачає, що літій-сірчані акумулятори здатні вирішити існуючі проблеми. Міжнародне дослідження під керівництвом доктора Мозаффара Абдоллахіфара надає детальний опис того, як літій-сірчані батареї можуть подолати обмеження сучасних Li-ion-акумуляторів щодо продуктивності та часу заряджання. 

Науковці спирались на аналіз сотень нещодавніх досліджень і розробили свого роду дорожню карту того, як літій-сірчані батареї можуть скоротити час на заряджання. При цьому деякі з них здатні повністю зарядитись десь за 12 хвилин.

Конструкція складається з сірчаного катоду та літій-металевого аноду. Теоретично у такій комбінації ємність має сягати до 2600 ват·годин/кг, що майже у 10 разів перевищує щільність енергії літій-іонних осередків. 

Це дозволить значно збільшити запас ходу електромобілів. Сірка відносно недорогий і доступний матеріал порівняно з кобальтом та нікелем. Однак сірка погано проводить електричний струм і її необхідно поєднувати з матеріалами на основі вуглецю. Це, своєю чергою, збільшує вагу акумулятора та ускладнює конструкцію.

Окрім цього сірчаний катод піддається об’ємному розширенню та стисненню до 80% під час заряджання. Це знижує механічну стабільність і скорочує термін служби акумулятора. 

Однією з ключових проблем є переміщення проміжних з’єднань полісульфіду літію  між катодом та анодом, які викликають небажані хімічні реакції та призводять до втрати ефективності. Окрім цього проблемою є утворення дендритів на літій-металевому аноді. Ці крихітні голчасті структури збільшуються під час повторних циклів заряджання і можуть призвести до коротких замикань, а у деяких випадках — навіть до загоряння акумулятора. 

За словами одного з провідних авторів дослідження Якоба Оффермана, запобігання збільшенню кількості дендритів має ключове значення для безпеки і надійності акумуляторів наступного покоління. Дослідники приділяють особливу увагу конструкції катоду з використанням сучасних матеріалів, таких як графен, нанотрубки та пористі структури з активованого вуглецю. 

Окрім цього використовуються такі каталітичні матеріали, як оксиди металів, одноатомні каталізатори, для прискорення реакцій перетворення сірки та запобігання переміщенню проміжних з’єднань полісульфіду літію  між катодом та анодом. Дослідники також вивчали вдосконалені сепаратори та висококонцентровані електроліти, що стримуватимуть полісульфіди і забезпечуватимуть швидкий іонний обмін. 

Пріоритетом залишається стабілізація аноду. Наразі проводяться випробування захисних покриттів поверхні та тривимірних літієвих структур, що перешкоджають утворенню дендритів та подовжують термін служби акумулятора.

Разом з тим дослідники проводять експерименти з новими формами сірки, зокрема, моноклінною гамма-сіркою, здатною забезпечити твердофазну реакцію майже в обхід ефекту перенесення. Для кращого прогнозування та оптимізації процесу поєднання великої кількості складних матеріалів дослідники використовують штучний інтелект. 

Як зазначає доктор  Мозаффар Абдоллахіфар, перші прототипи вже досягають щільності енергії близько 2 мА·год/см². 

Результати дослідження опубліковані у журналі Advanced Energy Materials

Джерело: Interesting Engineering

Favbet Tech – це ІТ-компанія зі 100% украі‌нською ДНК, що створює досконалі сервіси для iGaming і Betting з використанням передових технологіи‌ та надає доступ до них. Favbet Tech розробляє інноваційне програмне забезпечення через складну багатокомпонентну платформу, яка здатна витримувати величезні навантаження та створювати унікальний досвід для гравців.