Группа китайских учёных представила прототип литий-серного аккумулятора, устойчивого к повреждениям. Целью работы являлось создание более безопасной альтернативы литийионным аккумуляторам, которые подвержены воспламенению при повреждениях. Новый аккумулятор показал абсолютную надёжность, продолжая работать даже после того, как его перегнули пополам, а потом половину отрезали.
Согнули. Источник изображений: Журнал ACS Energy Letters
Для литий-серных аккумуляторов большой проблемой остаётся низкое число циклов заряда и разряда, что сдерживает их коммерциализацию. Учёные из Университета электронных наук и технологий Китая, Китайского института передовых технологий хранения энергии на озере Тяньму, Китайской академии наук и канадского университета Британской Колумбии включились в поиск соединений и решений, которые могли бы повысить цикличность этих перспективных батарей.
В основе катодов перспективных Li-S-аккумуляторов были использованы сульфиды переходных металлов. Основная проблема с такими соединениями в том, что при высоком нагреве полисульфиды начинали активно перемещаться по электролиту, что вело к вспучиванию аккумуляторов и затуханию электрохимических реакций. Отчасти эту проблему решали электролиты на основе карбонатов, но они также создавали другую проблему — вызывали появление осадка (пассивацию) на электродах аккумулятора, что быстро сокращало количество циклов его работы.
Для защиты катода из сульфида железа (FeS2) и анода с высоким содержанием металлического лития от выпадения осадка исследователи использовали три разных покрытия электродов: полиакриловую кислоту (PAA), полиакриламид (PAM) и полиэтиленоксид (PEO). Все эти соединения обладали хелатным эффектом (связывали «нехорошие» ионы), что предупреждало выпадение осадка на электродах. Эксперименты показали, что покрытие электродов полиакриловой кислотой дало наибольший эффект.
И отрезали...
После 300 циклов перезарядки прототип аккумулятора формфактора «мешочек» сохранил 72 % первоначальной ёмкости, показав полное отсутствие снижения после первых 100 циклов. Сгибание аккумулятора пополам, а затем отрезание его половины не привели к отказу и взрыву батареи, что произошло бы в случае обычного литий-ионного аккумулятора, что доказывает абсолютную безопасность перспективных батарей. Однако над ними ещё предстоит немало работы до перехода к коммерческому производству. Возможно, с литий-серными аккумуляторами дела лучше обстоят у американских разработчиков, которые уже наладили их ограниченное массовое производство. Но это другая история.