Направления для оптимизации литий-серных аккумуляторов: скорость и поглощение
Литий серные аккумуляторы являются много объясняющими кандидатами для удовлетворения мировых потребностей в накоплении энергии. Недавно исследователи из Окинавского института науки и технологий провели новое исследование, касающееся оптимизации литий-серных аккумуляторных батарей. Это стало еще одним шагом на пути к обеспечению большей доступности литий-серных аккумуляторов. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications.
Изображение: oist.jp
Руководитель исследования доктор Хуэй Чжан (Hui Zhang) говорит, что литий-серные системы могут хранить больше энергии по сравнению со стандартными Li-Ion. На примере использования их в электромобилях он поясняет это следующим образом. На стандартном полностью заряженном литий-ионном аккумуляторе можно проехать в среднем 300 км до подзарядки, а на литий-серном того же размера ─ 500 км.
Но у литий-серных аккумуляторных батарей есть серьёзная проблема, которая мешает их коммерциализации. Это растворение промежуточного продукта ─ полисульфида лития. Сера взаимодействует с литием и образуется продукт. Процесс проходит в два этапа. На первом образуется полисульфид лития, который легко растворяется и превращается в другие полисульфиды. Это приводит к существенному сокращению срока эксплуатации аккумулятора и ухудшает его характеристики.
Изображение: oist.jp
Специалисты считают, что для оптимизации работы таких аккумуляторных батарей, нужно как можно быстрее превратить полисульфид лития в конечный продукт: Li2S или Li2S2. Для этого авторы исследования использовали два разных материала. Для поглощения нежелательных полисульфидов использовался TiO2, для ускорения процесса применяли TiN.
Один из автором исследования доктор Луис Оно (Luis Ono) сказал, что при использовании этих двух материалов им удалось получить и низкозатратный и простой в использовании гибридный аккумулятор. Им удалось обнаружить, что сделанные добавки существенно повышают производительность АКБ.
Материалы, которые использовались в качестве добавок, воздействуют очень эффективно. Поэтому исследователи работали со слоями этих веществ, измеряемых в нанометрах. Им удалось обнаружить, что наиболее эффективный продукт позволяют создать слои толщиной 10 нм TiN и 5 нм TiO2.
Изображение: oist.jp
Производительность аккумуляторов значительно улучшилась благодаря абсорбции полисульфидов и ускорению процесса преобразования полисульфида лития в конечный продукт. Авторы исследования наблюдали уменьшение времени зарядки, увеличение времени работы без подзарядки и увеличение общего срока службы. Для того чтобы это установить, они проделали 200 циклов заряда и разряда аккумуляторной батареи. После этого они обнаружили, что эффективность работы этого образца не изменилась.
Профессор Ябин Ци (Yabing Qi) сказал, что их группа продолжит дальнейшую работу по оптимизации материалов для увеличения производительности литий-серных аккумуляторов. Он считает найденное решение заслуживающим внимания и многообещающим.
Изображение: oist.jp
По результатам исследования были сделаны следующие выводы.
- Для удовлетворения растущих мировых потребностей в накоплении энергии требуются усовершенствованные литиевые аккумуляторные батареи.
- Литий-серные аккумуляторы являются многообещающими кандидатами на следующее поколение литиевых аккумуляторных батарей. Они могут сохранить значительно больше энергии, чем другие варианты батареи этого типа.
- Для коммерциализации литий-серных АКБ требуется решить в проблему растворения промежуточного продукта во время их работы.
- Удалось создать гибридный материал, который значительно снижает вероятность появления проблемы растворения промежуточного продукта. Кроме того, он подавляет возникновение нежелательных полисульфатов.
- Дальнейшие исследования в этом направлении позволят получить литий-серный аккумулятор с более длительным сроком службы, меньшим временем зарядки и более высокой энергоёмкостью по сравнению с актуальными сейчас Li-Ion батареями.
Это исследование было поддержано программой OIST Technology Development и центром Innovation Center’s Proof-of-Concept Program.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
