Naukowcy z Uniwersytetu w Melbourne (Australia) ogłosili postęp w technologii stabilizacji baterii litowo-siarkowych (Li-S). Udało im się stworzyć ogniwa, które utrzymały ponad 99 procent pojemności po 200 cyklach pracy i oferowały wielokrotnie większą pojemność od ogniw Li-ion przy tej samej masie.

Ogniwa Li-S – są problemy, są rozwiązania

Pomysł na wykorzystanie siarki w ogniwach nie jest nowy: baterie Li-S zastosowano już w 2008 roku w samolocie Zephyr-6 bijącym rekord długości lotu bez lądowania. Udało mu się utrzymać w powietrzu przez prawie 3,5 doby właśnie dzięki lekkim akumulatorom litowo-siarkowym, które napędzały silnik, a same były ładowane z fotowoltaiki (źródło).

Jednak ogniwa Li-S mają jedną poważną wadę: wytrzymują do kilkudziesięciu cykli pracy, bo podczas ładowania wykonana z siarki katoda zwiększa swoją objętość o około 78 procent (!), czyli aż 8 razy bardziej niż grafit w ogniwach Li-ion. Puchnięcie katody powoduje jej kruszenie i rozpuszczanie siarki w elektrolicie.

A im mniejsza katoda, tym mniejsza pojemność całego ogniwa – degradacja jest błyskawiczna.

> Ile powinien wytrzymać samochód elektryczny? Co ile lat wymienia się baterię w elektryku? [ODPOWIADAMY]

Naukowcy z Melbourne postanowili skleić cząsteczki siarki z użyciem polimeru, ale dali im nieco więcej przestrzeni niż robiono to dotychczas. Część ciasnych wiązań zastąpiły elastyczne polimerowe mosty, co umożliwiło osiągnięcie wyższej odporności na pękanie podczas zmian objętości – mosty sklejają bowiem elementy katody jak guma:

Polimerowe mosty sklejające struktury wiążące cząsteczki siarki (c) Uniwersytet w Melbourne

Ogniwa wykorzystujące tak udoskonalone katody w najlepszym możliwym wariancie były w stanie utrzymać 99 procent pojemności pierwotnej po ponad 200 cyklach ładowania (źródło). I zachowały największą zaletę siarki: przechowały do 5 razy więcej energii w jednostce objętości niż ogniwa Li-ion.

Minusy? Ładowanie i rozładowywanie odbywało się z mocą 0,1 C (0,1 x pojemność), a po kolejnych 200 cyklach nawet najlepsze rozwiązania zjeżdżały do zaledwie 80 procent pojemności pierwotnej. W dodatku przy większych obciążeniach (ładowanie/rozładowanie z mocą 0,5 C), ogniwa traciły 20 procent pojemności po kilkudziesięciu, najdalej nieco ponad 100 cyklach ładowania.

Zdjęcie otwierające: ogniwo litowo-siarkowe firmy Oxis, która usiłuje skomercjalizować technologię. Zdjęcie ilustracyjne

To może Cię zainteresować:
Ocena ogólna
Ocena Czytelników
[Suma: 5 głosów Średnia: 5]