Прорывные достижения в разработке аккумуляторов
Они умирают в самое неподходящее время. Сотовые телефоны отключаются, как правило, во время важного разговора, потому что не были вовремя заряжены. Автомобилестроители с энтузиазмом представляют новые электромобили, но они нуждаются в частой подзарядке.
Исследователи в Университете Техаса создали мощный, экологически безопасный материал на основе соединения лития и серы, способный кардинально увеличить ёмкость аккумуляторов. Эта работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
«Ёмкость обычных литий-ионных аккумуляторов ограничена, — говорит д-р Кьонгджэ Чо, профессор материаловедения. — Но люди хотят, чтобы их смартфоны работали дольше».
Срок годности литий-ионных батарей ограничен. Иногда зарядки едва хватает на день. Конечно, было бы много лучше, если бы заряда батареи хватало, скажем, на неделю работы гаджета.
Д-р Чо в составе группы учёных работает над усовершенствованием батарей системы литий-сера, которые считаются следующим шагом после литий-ионных аккумуляторов.
Соединение литий-сера как новое решение
Батареи системы литий-сера имеет важные преимущества над литий-ионными. Они дешевле в производстве, легче, имеют почти вдвое бОльшую ёмкость и безопаснее в плане экологии.
«Большинство исследователей полагают, что аккумуляторы системы литий-сера станут следующим поколением источников питания. Их ёмкость в три-пять раз превышает ёмкость литий-ионных, так что если вы привыкли к телефону, работающему три часа, то с серо-литиевой батарейкой срок работы вырастет до 9―15 часов.»
Но у серо-литиевых батарей тоже есть недостатки. Сера – плохой проводник, и может стать нестабильной всего после нескольких циклов заряд-разряд. Разрушение электродов является другой причиной невысокой популярности таких батарей.
Учёные пытались усовершенствовать батареи литий-сера, помещая литий и серу на разные электроды. Однако литий очень нестабилен, а сера слишком плохой проводник. Учёные разработали технологию, позволяющую создать субстанцию из серо-углеродных нанотрубок, обеспечивающую проводимость на одном электроде, и наноматериал для стабилизирующего покрытия на другом.
Группа д-ра Чо обнаружила, что молибден при объединении с двумя атомами серы образует материал, регулирующий толщину покрытия. Это улучшило стабильность и компенсировало низкую электропроводность серы, в результате выросла плотность энергоёмкости и улучшилась экономическая эффективность таких аккумуляторов.
«Это именно то, что многие искали так долго, — говорит д-р Чо. — Это настоящий прорыв. Сейчас мы пытаемся убрать побочные реакции. Следующим шагом будет доработка технологии до коммерческого уровня».
29.03.2018 10:22
