Ємність нових батарей з твердим Li-S-електролітом перевищує в чотири рази ємність літій-іонних акумуляторів
Дослідники з Національної лабораторії Ок-Рідж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) розробили нову багатообіцяючу конструкцію акумуляторних батарей на основі твердого електроліту, до складу якого входить літій і сірка (Li-S). Такі акумуляторні батареї більш дешеві у виробництві і володіють більш високим значенням показника щільності накопичуваної енергії, ніж традиційні літій-іонні акумулятори. Завдяки використання твердого електроліту, Li-S акумулятори більш довговічні і набагато більш безпечні в експлуатації, ніж акумулятори з рідким електролітом.
Li-S акумулятори вважаються деякими експертами як наступники літій-іонних акумуляторних батарей. Вони надзвичайно легкі, що дозволяє використовувати їх для забезпечення польотів на сонячній енергії, вони дешеві у виробництві, досить довговічні і демонструють високе значення показника енергетичної щільності. Але, на жаль, ця технологія ще досить "сира", і її головною проблемою є проблема відповідного електроліту, оптимальний склад якого поки ще був не знайдено.
У попередніх спробах створення Li-S акумуляторів дослідники використовували рідкі електроліти. Але використання рідкого електроліту є монетою з двома сторонами, з одного боку - рідина, наповнений іонами, є чудовим провідником електричного струму, але з іншого боку рідкий електроліт деградує з часом і зі збільшенням кількості циклів заряду-розряду, що призводить до передчасного виходу батареї з ладу. Крім цього, деякі рідкі електроліти вогненебезпечні, що являє собою проблему при експлуатації акумуляторних батарей.
Але тепер, за словами дослідників, їм вдалося знайти вирішення вищевказаних проблем, яким став складу твердого електроліту, основою якого стало поєднання літію і полисульфидфосфатов, багатих сіркою матеріалів з високою питомою електричною провідністю. "Наша технологія, в якій використовується твердий Li-S-електроліт, позбавлена більшої частини недоліків, якими володіють акумулятори з рідким електролітом" - розповідає доктор Ченгду Лиэнг (Dr. Chengdu Liang), - "Досвідчені зразки Li-S батарей витримують без погіршення їх характеристик велику кількість циклів, не втрачаючи ємність, як літій-іонні акумулятори".
Досвідчені зразки Li-S акумуляторів після 300 циклів заряда0разрядки, проведених при температурі 60 градусів за шкалою Цельсія, зберегли питому щільність в 1200 мА*ч/р. Для порівняння, аналогічний показник літій-іонних акумуляторів становить 140-170 мА*год/г, але Li-S акумулятори виробляють половину напруги, яке виробляють літій-іонні акумулятори. Тому восьмикратне збільшення щільності енергії призводить фактично до чотириразового збільшення ємності акумуляторної батареї.
У складі Li-S акумуляторної батареї використовується сірка, яка у великій кількості виходить як побічний продукт нафтопереробки. Це дозволить використовувати розроблену технологію, як один із способів утилізації промислових відходів, які накопичуються у великих кількостях. В даний час нова технологія виробництва Li-S акумуляторів знаходиться у вигляді, який не дуже підходить для практичної її реалізації. Але доктор Лиэнг і його група подали патентну заявку і після оформлення відповідного патенту планують доопрацювати технологію до потрібного рівня, який дозволить налагодити масове виробництво нових акумуляторних батарей.