MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Китайские исследователи представили перспективную литий-серную батарею нового поколения, способную вдвое увеличить дальность полёта беспилотников по сравнению с современными литий-ионными аналогами. Это одно из важнейших направлений в разработке перспективных аккумуляторов, которое обещает сделать их лучше современных аналогов, а также безопаснее и дешевле. В этом учёным помогла открытая ими «секретная» присадка для электролита.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Разработка создана командой из Международной школы аспирантов Университета Цинхуа в Шэньчжэне (Tsinghua Shenzhen International Graduate School) и уже привлекла внимание благодаря рекордной удельной энергоёмкости в 549 Вт·ч/кг. Для сравнения, большинство коммерческих литий-ионных аккумуляторов для дронов сегодня обеспечивают менее 300 Вт·ч/кг, что серьёзно ограничивает продолжительность полёта и полезную нагрузку аппаратов. При внедрении новой технологии время нахождения дронов в воздухе может увеличиться на 60–90 %, что особенно важно для доставки грузов, мониторинга инфраструктуры и поисково-спасательных операций.
Ключевое новшество заключается в применении специальной молекулы-посредника — так называемого премедиатора (premediator), которая стабилизирует электрохимические реакции внутри батареи. Главная проблема литий-серных аккумуляторов много лет заключалась в том, что промежуточные соединения серы растворялись в электролите и хаотично перемещались между электродами, вызывая потери энергии, деградацию ёмкости и быстрое снижение ресурса. Китайским инженерам удалось направить эти реакции по более контролируемому пути, сократив паразитные процессы и повысив коэффициент использования активного материала. Это позволило существенно снизить внутреннее сопротивление элемента (на 75 % по сравнению с другими литий-серными батареями) и увеличить эффективность циклов заряда и разряда.
Ещё одним важным достижением стал ресурс батареи: она выдерживала около 800 полных циклов заряда и разряда с сохранением 82 % первоначальной ёмкости, что для литий-серной химии считается серьёзным прорывом. Исторически такие аккумуляторы страдали от быстрой деградации уже после нескольких сотен циклов из-за разрушения катода и роста литиевых дендритов на аноде. Для решения этой задачи исследователи оптимизировали структуру катодного материала и улучшили транспорт ионов лития через электролит. Судя по опубликованным данным, батарея сохраняет стабильную производительность даже при интенсивных нагрузках, характерных для авиационных систем, где токи разряда значительно выше, чем в бытовой электронике.
Практическое значение разработки выходит далеко за рамки дронов. Литий-серная технология считается одним из главных кандидатов на замену традиционных литий-ионных батарей в электрической авиации, космических аппаратах и перспективных электромобилях. Теоретическая энергоёмкость таких элементов достигает 2600 Вт·ч/кг, что в несколько раз выше современных литий-ионных батарей, а использование дешёвой и распространённой серы снижает потенциальную стоимость производства. Если китайской команде удастся масштабировать технологию до серийного уровня и подтвердить стабильность характеристик в крупных аккумуляторных сборках, это может стать важным шагом к созданию сверхлёгких энергетических систем для беспилотной авиации нового поколения. А если не смогут они, то прорыва могут добиться коллеги.
Источник:
