Новый литий-серный аккумулятор

На модерации Отложенный

Известный факт: литий-серные аккумуляторные батареи могут иметь очень большую ёмкость. Именно поэтому химики из мюнхенского исследовательского кластера (NIM) и университета Ватерлоо (Онтарио, Канада) синтезировали инновационный материал, благодаря которому возможно дальнейшее развитие батарей данного типа. Новое открытие позволит электромобилям перемещаться на большие расстояния без риска внезапной остановки из-за севших батарей.

Станет ли будущий автомобильный трафик состоять исключительно из электромобилей – напрямую зависит от разработки литий-серных аккумуляторных батарей, на которые возложены большие надежды. Применение атомов серы ведёт к выработке менее токсичных и дешёвых решений по сравнению с традиционными ионно-литиевыми батареями.

Несмотря на перспективы, литий-серные батареи ставят определённые задачи, которые должны быть решены перед внедрением подобных компонентов в автомобилях. К примеру, необходимо повысить число возможных циклов разряда и заряда.

Профессор-химик Томас Бейн, являющийся координатором подразделения систем преобразования энергии в кластере NIM, и профессор Линда Назар (университет Ватерлоо) с коллегами успешно создали инновационный тип нановолокон, упорядоченная и пористая структура которых обеспечивает необычайно высоким соотношением площади поверхности и объёма. Так, образец нового материала размером с кубик сахара имеет площадь поверхности, эквивалентную площади семи теннисных кортов.

«Высокое соотношение площади поверхности и объёма, а также большая пористость – очень важны, поскольку позволяют сере связываться с электродом при чётком разделении и относительно высокой загрузке.

Совместно с высокой доступностью такие свойства ведут к повышению эффективности электрохимических процессов, протекающих во время циклов разряда и заряда. Показатели основных реакций серного электрода и электролита, в которые вовлечены как электроны, так и ионы, сильно зависят от всей доступной площади поверхности», – отмечает постдок института Ватерлоо и соавтор исследовательской работы.

Инновационный рецепт и грамотный подход к синтезу стали ключевыми факторами, определившими свойства новых материалов. Для синтеза углеродистых волокон химики сначала подготовили цилиндрический пористый шаблон. При этом использовались коммерчески доступные, но не пористые волокна. Затем шаблон заполнялся особой смесью углерода, диоксида кремния и ПАВ с последующим нагревом. И наконец, шаблон и диоксид углерода удалялись путём травления. Во время процесса углеродистые трубки, а значит и размеры пор, уменьшались в большей мере, чем если бы они создавались без ограничивающего шаблона. Кроме того, такой подход привёл к выработке более стабильных волокон.

«Наноструктурные материалы имеют большой потенциал в сфере эффективного преобразования и хранения электрической энергии, – отмечает Бейн. – Исследовательский кластер NIM и далее будет тесно сотрудничать с коллегами, открывая и испытывая свойства подобных структур, а также находя способы практического применения».