Исследователи добавили сахар для увеличения долговечности литий-серных аккумуляторов
Группа ученых из института Monash Energy разработали более долговечное, лёгкое и экологичное решение, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Просто добавив сахар, исследователям удалось стабилизировать электрохимическую систему литий-серных аккумуляторов. Они позиционируется в качестве основы для будущего поколения литий-ионных аккумуляторных батарей и могут использоваться в электромобилях, авиации, подводных лодках.
Команда исследователей Monash Energy опубликовала результаты своего исследования в Nature Communications. Там они сообщают, что стабилизировать электрохимическую систему удалось с помощью добавки на основе глюкозы в положительный электрод. Ведущий автор исследования — профессор Майнак Маджумдер (Mainak Majumder) из департамента машиностроения и аэрокосмической техники энергетического института Monash считает, что технология литий-ионных аккумуляторов уже через 10 лет обеспечит создание аккумуляторов, на которых электромобили будут проходить значительно большее расстояние без подзарядки. По его мнению, это также будет способствовать разработке дронов в сфере доставки и сельского хозяйства, где небольшой вес имеет определяющее значение.
Теоретические литий-ионные аккумуляторы могут накапливать энергии в 2─5 раз больше, чем любые современные виды литий-ионных аккумуляторов такой же массы. Основная проблема этой электрохимической системы заключается в том, что при циклировании (заряд-разряд) электроды быстро изнашиваются и аккумулятор выходит из строя. Есть две причины, способствующие этому.
Положительный серный электрод разрушается от существенного расширения и сжатия. В результате он просто становится недоступным для интеркаляции ионов лития. А отрицательный литиевый электрод быстро загрязняется соединениями серы.
В 2020-ом году учёные института Monash Energy показали, что могут приспосабливать структуру серного электрода к расширению и увеличивать его доступность для интеркаляции ионов лития. В этот раз они добавили сахар в структуру положительного электрода. Тем самым была стабилизирована сера и предотвращено её перемещение на литиевый отрицательный электрод и его загрязнение.
Как показали ученые в своем отчете, тестовые прототипы, изготовленные ими, имеют срок службы не меньше 1000 циклов заряд-разряд. После этого они сохраняют большую ёмкость, чем литий-ионные аккумуляторные батареи. Один из авторов исследования Инги Хуанг (Yingyi Huang) говорит, что каждая зарядка длится дольше, благодаря чему продлевается срок службы аккумулятора. Кроме того, для производства этих батарей не требуются редкие, дорогие и токсичные материалы. Поэтому они имеют большие перспективы пойти в коммерческую эксплуатацию.
Инги Хуанг и его коллеги решили использовать сахар после изучения геохимического отчета 1988 года. В нём было написано, как вещества на базе сахара сопротивляются разложению в геологических породах. Для этого они образуют прочные связи с сульфидами.
Автор исследования, доктор Махдохт Шайбани, сказал, что им удалось решить многие проблемы на стороне катода, но всё равно существует необходимость в проведении дальнейших исследований. В частности, требуется разработка защиты металлического литиевого анода. Однако, по его мнению, внедрение технологии литий-серных аккумуляторов в производство уже не за горами.
Разработки проводились командой специалистов Monash при участии исследовательской группы доктора Мэтью Хилла (Matthew Hill) из CSIRO Manufacturing. Это программа исследований литий-серных аккумуляторов в институте Monash Energy была поддержана правительством Австралии через министерство промышленности, инноваций и науки, а также через Австралийский исследовательский совет. Работа была также поддержана Cleanfuture Energy, которая является дочерней компанией Enserv Group of Thailand.
Компания Enserv Australia планирует заниматься разработкой и производством аккумуляторов в Австралии. Этот континент является крупнейшим в мире по запасам лития. Управляющий директор Enserv Australia Марк Густовски (Mark Gustowski) говорит, что они хотели бы использовать данную технологию, чтобы выйти на растущий рынок гаджетов и электромобилей. В течение 5 лет их компания планирует выпустить первые образцы литий-ионных аккумуляторов с использованием австралийского лития.
Enserv является исследовательской компанией, которая ищет инновационные решения в сфере энергетики. Под её началом объединены два направления деятельности. Это производство чистой энергии и инновации по снижению выбросов в окружающую среду.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
