Литий-серные батареи и в чем их преимущество
На модерации
Отложенный
Ученым удалось совершить прорыв в разработке нового типа аккумуляторов для электромобилей – литий-серных батарей, которые выдерживают намного больше циклов зарядки, чем привычные литий-ионные. Для их производства планируется применять биомиметические технологии.
Сейчас в электромобилях используются литий-ионные аккумуляторы, рассчитанные на 200-300 циклов зарядки. Предполагается, что им на смену придут литий серные АКБ, но у них есть несколько проблем. Во-первых, их можно перезарядить всего 10 раз. Во-вторых, в них происходит диффузия полисульфида лития и рост литиевых дендритов, что резко сокращает срок их службы.
На изображении: зарядка литий-ионной батареи электромобиля
Хотя до этого уже удавалось увеличить число циклов зарядки литий-серных аккумуляторов, но при это снижались их емкость, надежность и безопасность. Теперь у ученых из Мичиганского университета получилось устранить эти проблемы и создать литий-серный аккумулятор емкостью 1268 мАч/г и сроком службы более 3500 циклов.
Для этого в новом АКБ использована биомиметическая мембрана, которая представляющая собой сеть арамидных нановолокон, пропитанных с пропиткой электролитным гелем. Такая сверхпрочная преграда препятствует росту дендритов – жестких древовидных структур, которые часто образуются в литиевых батареях и растут от одного электрода к другому.
Также мембрана предотвращает объединение атомов лития и серы в полисульфиды, способное привести к резкому уменьшению емкости аккумулятора. Новая мембрана не только пропускает ионы лития от литиевого электрода к серному и обратно, но и задерживает полисульфиды лития.
Схема расположения литий-ионного аккумулятора в электромобиле. На смену ему могут прийти литий-серные АКБ, которые обладают большей емкостью, выносливостью и в перспективе будут выдерживать более 3500 циклов зарядки.
Изображение: Volkswagen
Так как оба вида частиц имеют одинаковый размер, то задержать полисульфиды путем простого создания каналов в перегородке невозможно. Потому исследователи сымитировали поры в биологических мембранах и приложили к ним электрический заряд.
В результате полисульфиды лития прилипают к арамидным нановолокнам, после чего их отрицательные заряды начинают отталкивать такие же полисульфидные образования. А вот ионы лития, имеющие положительный заряд, по-прежнему могут свободно перетекать от одного электрода к другому.
<
Схема литий-серной батареи, на которой видно, как ионы лития могут возвращаться к литиевому электроду, а полисульфиды лития не способны проходить через мембрану. При этом дендриты, которые растут из литиевого электрода, не могут вызвать короткое замыкание, пробив мембрану и достигнув серного электрода. Изображение: Ahmet Emre, Kotov Lab
При такой конструкции литий-серной батареи ее емкость близка к теоретически предельной (1675 мА·ч/г), и она также способна работать при низких и сверхвысоких температурах – до +80 ⁰С. И хотя реальный срок службы при быстрой зарядке может снижаться с 3500 до 1000 циклов, это все равно намного больше, чем возможности литий-ионных аккумуляторов.
Преимущество литий-серных батарей также заключается в том, что сера – более распространенное вещество, чем кобальт, который применяется в литий-ионных АКБ. Это ведет к удешевлению производства аккумуляторов и как следствие – электромобилей. К тому же арамидные волокна для биомиметической мембраны можно получить при переработке старых бронежилетов, что делает такие батареи более экологичными.
Комментарии
Насчёт электромобилей - это недобросовестная реклама. Увеличение диффузионной длины, согласно заветам дедушки Эйнштейна, приводит к квадратичному возрастанию времени релаксации, сиречь, поляризации. А, стало быть, повышает разницу мощности при заряде-разряде. То есть, вы туда закачали 100 % а выкачали только 70. Но если токи маленькие, то эта разница будет меньше.
Как данная батарея будет утилизировать?
Что то про это тишина?
Если уж взялись за зелёные технологи, то тогда бы сразу бы писали, как новые продукты будут утилизировать,..
То есть нетрудно было бы производителю нарисовать и полный цикл жизни батарей,..
Зарядка быстрая методом замены разряженного на заряженный.
И к тому же электромобилей будем много различных поконструкции, соответственно с разной конструкцией, и с защитой от дураков, типа без спецключа, обычный пользователь аккумулятор не сможет поменять, но все это мелочи,..
Изобрели сей аккумулятор то западные европейцы, не так ли?
А в Европе которая не наша, очень жёсткие экологические требования, и момент утилизации обязателен для ЕЭС, не так ли?
А тут читаю статью и ноль инфы про утилизацию, словно это для третьих стран специальная замануха,..
Типа производитель вначале срубит деньги с реализации своей продукции, и уж МОЖЕТ тогда, а может и не может,..
Это как замануха с кредитом, по три процента в год,..
А то что этот низкий процент,.. На один месяц,
Ой а кредитор забыл об этом предупредить,..
И при этом глазки такие все наивные!!!
Т.е., могут использоваться только в тропиках или субтропиках.
Весь прикол в том, что при поддержании температуры в условиях -20С тратится столько энергии, что проезд авто снижается до 20 км (тестировщик МинТранс на НТВ)