Графеновая губка открыла новый потенциал литий-серных батарей

Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, совершили многообещающий прорыв в сфере литий-серных аккумуляторов, соединив католит с графеновой губкой.

Тоеретически, энергоемкость литий-серных батарей в 5 раз превышает показатели литий-ионных аналогов. Инновация исследователей заключается в губковидном аэрогеле из восстановленного оксида графена, сообщает eurekalert.org. Материал действует как самостоятельный электрод, позволяющий эффективнее использовать серу.

Результаты исследования представлены в Journal of Power Sources.

Обычная батарея состоит из 4 частей. Во-первых, два поддерживающих электрода, покрытых активными веществами. Между ними находится электролит (обычно – жидкий). Четвертый компонент – сепаратор, выступающий в роли физического барьера. Он предотвращает контакт электродов, не мешая транспорту ионов.

В прошлых опытах ученые соединяли катод с электролитом, получая жидкий католит. Концепция помогает уменьшить вес батареи и ускорить зарядку. Добавление графеновой губки в плоский круглый аккумулятор доказало ее работоспособность.

«Вы берете цилиндр аэрогеля и режете, как колбасу. Кусочек сжимается до размеров батареи, — объяснил Кармен Кавалло, руководивший проектом. – Затем в устройство добавляется богатый серой раствор, католит. Пористый аэрогель всасывает его, как губка».

Часть католита направлялась на сепаратор, чтобы добиться максимального содержания серы в аккумуляторе.

Теоретический максимум энергоемкости литий-ионных устройств – около 350 Вт*ч/кг. У серных систем параметр достигает 1000-1500 Вт*ч/кг. Их практическому применению мешает короткий срок службы. Прототип исследователей сохранил 85% мощности после 350 циклов. Новый дизайн решает 2 основные проблемы: потерю серя из-за растворения в электролите и «эффект челнока», когда ее молекулы мигрируют с катода на анод.

Исследователи признают, что технологии предстоит долгий путь на рынок.

«Производство батарей отличается от литий-ионных. Нужны новые процессы, чтобы сделать систему рентабельной», — сказал профессор Александар Матич.