Учёные случайно открыли технологию, которая позволит в три раза повысить ёмкость литиевых аккумуляторов

Эксперименты с серосодержащим катодом для литиевого аккумулятора случайно привели к неожиданному открытию. Учёные случайно добились постоянной стабилизации состояния моноклинной γ-серы (гамма-серы) при комнатной температуре, чего раньше не случалось. Это даёт надежду на разработку литий-серных аккумуляторов с ёмкостью в три раза большей, чем у современных литиевых батарей.

Индустрии от электромобилей до смартфонов нужны новые более ёмкие аккумуляторы, без чего прогресс будет затруднён. Одними из перспективных версий новых типов батарей считаются литий-серные элементы, которые теоретически смогут запасать до трёх раз больше энергии, чем современные литийионные батареи. На этом пути есть только одна большая проблема — литий-серные элементы очень и очень быстро теряют ёмкость с каждым циклом заряда: до 78 % в ходе каждого цикла.

Попытки учёных из Дрексельского университета в Филадельфии разработать для литиевого аккумулятора устойчивый катод с использованием серы выявил неожиданную особенность. В ходе работы с материалами катода учёным удалось создать стабильную форму γ-серы. Это одно из двух устойчивых кристаллических состояний серы — так называемое моноклинное, но оно переходит в другую устойчивую фазу (ромбическую) при остывании ниже 95 °C.

«За последнее столетие было проведено всего несколько исследований, в ходе которых была получена моноклинная форма γ-серы, и она была стабильна не более 20–30 минут. Но мы создали её в катоде, который прошёл тысячи циклов заряда-разряда без снижения производительности, и год спустя наше исследование показало, что химическая фаза осталась прежней», — заявил один из авторов исследования Рахул Пай (Rahul Pai). Работа опубликована в издании Nature Communications Chemistry и свободно доступна по ссылке.

После 4000 циклов заряда-разряда в течение года, что эквивалентно 10 годам регулярного использования, серный катод оставался стабильным и не деградировал. Как и было предсказано, ёмкость батареи оказалась более чем в три раза выше, чем у литийионной ячейки. Учёные полны энтузиазма и пытаются точно понять механизм процесса, чтобы в итоге коммерциализировать технологию.