Відкрито технологію, яка дозволить втричі підвищити ємність літієвих акумуляторів

Експерименти з сірковмісним катодом для літієвого акумулятора випадково призвели до несподіваного відкриття. Вчені випадково досягли постійної стабілізації стану моноклінної γ-сірки (гамма-сірки) при кімнатній температурі, чого раніше не траплялося. Це дає надію на розробку літій-сірчаних акумуляторів з місткістю втричі більшою, ніж у сучасних літієвих батарей.

Індустрії від електромобілів до смартфонів потрібні нові ємніші акумулятори, без чого прогрес буде утруднений. Одними з перспективних версій нових типів батарей є літій-сірчані елементи, які теоретично зможуть запасати до трьох разів більше енергії, ніж сучасні лінійні батареї. На цьому шляху є лише одна велика проблема — літій-сірчані елементи дуже і дуже швидко втрачають місткість із кожним циклом заряду: до 78 % під час кожного циклу.

Спроби вчених із Дрексельського університету у Філадельфії розробити для літієвого акумулятора стійкий катод із використанням сірки виявив несподівану особливість. У ході роботи з матеріалами катода вченим вдалося створити стабільну форму γ-сірки. Це один із двох стійких кристалічних станів сірки — так зване моноклінне, але воно переходить в іншу стійку фазу (ромбічну) при охолодженні нижче 95 °C.

«За останнє століття було проведено лише кілька досліджень, у ході яких було отримано моноклінну форму γ-сірки, і вона була стабільна не більше 20–30 хвилин. Але ми створили її в катоді, який пройшов тисячі циклів заряду-розряду без зниження продуктивності, і через рік наше дослідження показало, що хімічна фаза залишилася колишньою », – заявив один з авторів дослідження Рахул Пай (Rahul Pai). Робота опублікована у виданні Nature Communications Chemistry та вільно доступна за посиланням.

Після 4000 циклів заряду-розряду протягом року, що еквівалентно 10 років регулярного використання, сірчаний катод залишався стабільним і не деградував. Як і було передбачено, місткість батареї виявилася більш ніж втричі вищою, ніж у лінійного осередку. Вчені сповнені ентузіазму і намагаються точно зрозуміти механізм процесу, щоб у результаті комерціалізувати технологію. Джерело