Akumulatory litowo-siarkowe (Li-S) to typ ogniw, które wykorzystują lit jako anodę i siarkę jako katodę. Stanowią one obiecującą alternatywę dla tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych ze względu na ich potencjalnie wyższą pojemność energii oraz niższe koszty produkcji. Jednak technologia ta wiąże się z pewnym ryzykiem: uszkodzenia konstrukcyjne mogą spowodować pożar.
Czytaj też: Powstała najcieńsza elektroda świata. Przemysł akumulatorowy już zaciera ręce
Naukowcy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii Elektronicznej w Chengdu stworzyli innowacyjny akumulator litowo-siarkowy (Li-S), który może działać w ekstremalnych okolicznościach: nawet po mechanicznym uszkodzeniu. Wyniki opublikowane w czasopiśmie ACS Energy Letters mogą zrewolucjonizować cały sektor magazynowania energii.
Prof. Liping Wang z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii Elektronicznej mówi:
Głównymi wyzwaniami uniemożliwiającymi powszechne przyjęcie akumulatorów Li-S są ich krótki cykl życia, niska wydajność i obawy dotyczące bezpieczeństwa wynikające z wykorzystania litu metalicznego jako anody.
Akumulator litowo-siarkowy przyszłością magazynowania energii
Naukowcy wcześniej zaproponowali użycie elektrolitu na bazie węglanu, który może oddzielić elektrody wykonane z siarczku żelaza i litu metalicznego, aby baterie litowo-siarkowe były stabilne w wysokich temperaturach. Jednak siarczek z katody nadal rozpuszcza się w elektrolicie. Tworzy osad, którego nie można rozbić, co zmniejsza pojemność ogniwa.
Czytaj też: Nowatorski akumulator wysokim temperaturom się nie kłania. Wytrzymał ekstremalne warunki
Zespół badawczy pod kierunkiem prof. Lipinga zasugerował dodanie kolejnej warstwy między katodą a elektrolitem, aby zminimalizować rozpuszczanie siarki bez wpływu na możliwość ponownego ładowania ogniwa. Okazało się, że świetnie nadaje się do tego kwas poliakrylowy (PAA), ponieważ zachowuje pojemność po 300 cyklach ładowania i rozładowania.
Powstały prototypy baterii woreczkowej i pastylkowej z katodą z siarczku żelaza pokrytą PAA, elektrolitem węglanowym i anodą grafitową. Okazało się, że po ponad 100 cyklach ładowania i rozładowania nie odnotowano rozpadu w ogniwie woreczkowym, które działało również po złożeniu na pół, a nawet przecięciu. W innych bateriach nie jest to możliwe, bo uszkodzenie mechaniczne powoduje nagły wzrost temperatur i grozi wybuchem/pożarem.
Prof. Liping Wang dodaje:
Bateria nadal działa po przecięciu dzięki swojej unikalnej konstrukcji, w której sieć przewodząca pozostaje nienaruszona nawet po uszkodzeniu fizycznym. Jest to prawdopodobnie spowodowane wytrzymałym i elastycznym systemem wiążącym lub konstrukcją, umożliwiającą przepływ jonów i elektronów pomimo mechanicznego pęknięcia. Obwód pozostaje funkcjonalny, ponieważ ścieżki przewodzące nie są całkowicie przecięte przez przecięcie.
Z kolei po 300 cyklach ładowania i rozładowania okazało się, że ogniwo pastylkowe zachowało 72 proc. swojej pierwotnej pojemności. To i tak niezły wynik, a różnica w zachowaniu pojemności między oboma opisywanymi ogniwami może wynikać z różnic strukturalnych i sposobu przeprowadzania reakcji elektrochemicznych. Baterie woreczkowe zwykle mają lepszą integralność mechaniczną i niższy opór, co może wyjaśniać lepsze wyniki w testach.
