Naukowcy właśnie rozwiązali największy problem baterii przyszłości

Akumulatory litowo-siarkowe nigdy nie wykorzystały swojego potencjału jako następca ogniw litowo-jonowych, ale wkrótce może się to zmienić. Inżynierom z Dallas udało się je znacznie ulepszyć.
Ładowanie samochodu elektrycznego – zdjęcie poglądowe /Fot. Pexels

Ładowanie samochodu elektrycznego – zdjęcie poglądowe /Fot. Pexels

Naukowcy z Southern Methodist University (SMU) w Dallas odkryli rewolucyjną katodę do baterii litowo-siarkowych (Li-S), która obiecuje niskokosztowe i długotrwałe źródło energii dla pojazdów elektrycznych (EV). Dzięki nowej hybrydowej sieci polimerowej, bateria może osiągnąć pojemność przekraczającą 900 mAh/g, co znacząco przewyższa tradycyjne ogniwa litowo-jonowe.

Czytaj też: Nie ma anody, a i tak naładuje się do poziomu 80 procent w 15 minut. Ten akumulator to prawdziwy gamechanger

Prof. Donghai Wang z SMU mówi:

Nasze badania pokazują, jak daleko możemy zajść w poszukiwaniu efektywnych rozwiązań dla wyzwań związanych z przechowywaniem energii.

Rozwiązano kluczowy problem akumulatorów litowo-siarkowych

Naukowcy zajęli się powszechnym problemem akumulatorów Li-S, znanym jako rozpuszczanie polisulfidu, które następuje z czasem i skraca żywotność baterii. Ich podejście pomaga zminimalizować ten problem, co potencjalnie prowadzi do bardziej trwałych rozwiązań baterii.

Czytaj też: Na taką rewolucję czekaliśmy. Nowy akumulator ładuje się w 8,5 minuty!

Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Sustainability ujawnia, że ​​nowo opracowana hybrydowa sieć katody polimerowej umożliwia ogniwom Li-S osiągnięcie pojemności przekraczającej 900 mAh/g, w porównaniu do typowych 150-250 mAh/g występujących w bateriach litowo-jonowych. Ten postęp oznacza, że ​​baterie Li-S mogą magazynować znacznie więcej energii elektrycznej.

Ponadto nowa katoda wykazuje doskonałą stabilność cykli, przewyższając wydajność konwencjonalnych baterii litowo-siarkowych. Pojemność cykli odnosi się do tego, ile razy bateria może być ładowana i rozładowywana przed znacznym spadkiem pojemności. Większa pojemność cykli oznacza dłuższą żywotność baterii.

Schemat przedstawiający innowacyjną sieć hybrydową opracowaną przez naukowców z SMU /Fot. SMU

W akumulatorach Li-S dodatnia elektroda na bazie siarki (katoda) jest sparowana z ujemną elektrodą litowo-metalową (anodą). Elektrolit, substancja umożliwiająca przemieszczanie się jonów między tymi dwiema elektrodami, znajduje się pomiędzy nimi. Jednak siarka nie jest idealnym materiałem na elektrodę.

Gdy jony litu wiążą się z atomami siarki na katodzie, tworzą rozpuszczalne cząsteczki polisulfidu, które dryfują do elektrolitu, powodując degradację katody i zmniejszając zdolność akumulatora do wytrzymywania wielu cykli ładowania. Jest to znane jako rozpuszczanie polisulfidu. Zespół prof. Wanga znalazł sposób na rozwiązanie tego problemu, wykorzystując to, co nazwali hybrydową siecią polimerową katody.

Prof. Donghai Wang z SMU dodaje:

Nasza katoda wykorzystuje wiele wiązań siarkowych, adsorpcję atomową i szybki transport jonów Li/elektronów na poziomie molekularnym. Ta kombinacja umożliwia ponowne wiązanie i adsorpcję w czasie rzeczywistym wszelkich niezwiązanych gatunków siarki, skutecznie eliminując rozpuszczalne polisulfidy i wydłużając cykl życia akumulatora.

Innowacja ta może znacząco wpłynąć na przyszłość elektromobilności, oferując tańsze i bardziej niezawodne opcje dla producentów pojazdów. Oczekuje się, że dalsze badania przyczynią się do komercjalizacji tej technologii, co może zrewolucjonizować branżę.