Дешевле, безопаснее, 1500 циклов: новая батарея заменит литий-ионные аккумуляторы

Все потому, что сера — один из самых дешевых и распространенных элементов на планете, способных послужить основой для аккумуляторов нового поколения, пишет Interesting Engineering.

Литий-серные аккумуляторы давно считаются многообещающей альтернативой литий-ионным. Их теоретическая плотность энергии гораздо выше, а сера, в отличие от кобальта и никеля, доступна в огромных количествах и стоит дешевле. Все же один нюанс не позволял внедрять на практике элементы Li-S: в процессе их работы образуются побочные продукты — полисульфиды. Они растворяются в электролите и мигрируют между электродами, что приводит к быстрой потере емкости и короткому сроку службы.

Материал-ловушка все изменил

Исследователи Центра имени Гельмгольца в Берлине разработали решение — пористый полимерный материал, известный как ковалентная органическая структура (COF). Ученые внедрили в эту "губчатую" структуру специальные радикалы — молекулы с неспаренными электронами на основе сероорганического соединения тетратиафульвалена (TTF).

Эти радикалы действуют как крошечные, но чрезвычайно эффективные катализаторы. Когда полисульфиды пытаются утекать, пористая структура материала улавливает их, а радикалы запускают химическую реакцию, превращающую вредные побочные продукты обратно в полезную серу. По сути, материал постоянно "регенерирует" батарею изнутри, не давая ей деградировать.

Впечатляющие результаты

Испытания показали, что новый материал кардинально улучшает производительность литий-серных батарей. Аккумулятор с ним выдержал более 1500 циклов зарядки-разрядки, теряя всего 0,027% емкости за цикл. Это беспрецедентный уровень долговечности для подобных органических катализаторов, значительно превосходящий типичный предел в 1000 циклов для Li-S батарей. Этот шаг способен сделать дешевые, безопасные и сверхъемкие серные аккумуляторы коммерческой реальностью.

Раньше Фокус писал про мощную батарею из алюминия, которую можно сгибать без повреждений. Индийские ученые создали аккумуляторы, которые можно согнуть пополам без риска возгорания или взрыва. Передовая технология основана на алюминии — одном из самых распространенных металлов на Земле.