Znalezisko portalu CleanTechnica podesłane nam przez Czytelnika, Pana Grzegorza – i godne uwagi. Otóż naukowcy z Uniwersytetu Michigan opracowali membranę, która zastosowana w ogniwach litowo-siarkowych powinna pozwolić na 1 000 cykli ich pracy. Przy ogniwach Li-ion innych typów stosowanych w branży motoryzacyjnej za rozsądne minimum uznaje się 800-1 000 cykli.
Membrana z włókien aramidowych, która raz na zawsze może wstrzymać degradację ogniw Li-S
Największym problemem współczesnych ogniw Li-S jest to, że błyskawicznie degradują. Siarka reaguje z litem, reaguje z elektrolitem, parametry ogniwa się zmieniają i po kilku, kilkunastu, maksymalnie kilkudziesięciu cyklach ogniwa przestają nadawać się do użytku. Opracowana na Uniwersytecie Michigan membrana może to zmienić (źródło). Membrana ma być lokowana między anodą i katodą. Stworzono ją na bazie włókien aramidowych powstałych podczas recyklingu kevlaru. Tylko to wystarczy, żeby była w stanie wytrzymać napór litowych dendrytów, których wzrost mógłby prowadzić z czasem do uszkodzenia ogniw:
Wzrost litowych dendrytów w ogniwie Li-S z widoczną membraną np-ANF opracowaną na Uniwersytecie Michigan. Zwróć uwagę na długie łańcuchy wielosiarczków po prawej stronie
Ale w ogniwach Li-S równie istotny jest inny proces: łączenie się jonów litu z łańcuchami siarki, co prowadzi do powstania wielosiarczków litu (ang. lithium polysulfides), długich łańcuchów związków siarki z jonami litu na końcach. Pojawiały się już pomysły, żeby zastosować jakieś formy membran lub płaszczy na elektrodach, które przepuszczałyby lit, a blokowałyby siarkę i wielosiarczki litu (np. membrany Celgard).
Niestety, wielosiarczki mają to do siebie, że są niewiele większe niż jony litu, przeciskają się więc za nimi. Zablokowany w wielosiarczkowym łańcuchu lit to oczywiście mniejsza pojemność ogniwa, grupa atomów siarki dryfująca w elektrolicie to wyrwa w wykonanej z siarki katodzie. Same minusy.
Membrana np-ANF stworzona przez Nicholasa Kotova, naukowca z Uniwersytetu Michigan, sama z siebie również nie była w stanie powstrzymać przepływających wielosiarczkowych łańcuchów – znajdujące się w niej pory były za duże. Dlatego badacz sięgnął do metody stosowanej przez komórki organizmów żywych. Zastosował wielosiarczki w kanałach, by niesiony przez nie ładunek odpychał inne wielosiarczki, ale pozwalał na przemykanie się przez pory jonów litu (źródło). Udało się, lit wędruje do anody, siarka zostaje w katodzie, ewentualnie elektrolicie przy katodzie.
Dyfuzja wielosiarczków litu przez komercyjną membranę Celgard 2400 (kolumna 1. i 3.) i brak takowej przez membranę np-ANF opracowaną przez naukowców z Uniwersytetu Michigan (kolumna 2. i 4.). Nowa membrana nie przepuściła łańcuchów siarkowych nawet po 96 godzinach
Według Kotova rozwiązanie jest „niemal doskonałe”, a ogniwa Li-S zyskują sprawność, którą dotychczas znaliśmy tylko z szacunków teoretycznych. Przy ładowaniu/rozładowywaniu z mocą 3 C powinno to być ponad 3 500 cykli. Nawet w trudnych warunkach spotykanych w motoryzacji (wstrząsy, spora rozpiętość temperatur, wysokie moce ładowania) powinny one wytrzymać 1 000 cykli pracy.
Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy:
