Nowe akumulatory litowo-siarkowe stanowią wielki przełom w rozwoju magazynów energii i elektrycznych samochodów
Chińska firma General New Energy (GNE) dokonała właśnie znaczących postępów w technologii akumulatorów, opracowując prototyp akumulatora litowo-siarkowego (Li-S) o wyjątkowo wysokiej gęstości energii, bo rzędu aż 700 Wh/kg. Ta wartość znacznie przewyższa gęstość energii tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych, a to samo w sobie czyni te nowe akumulatory potencjalnym przełomem w dziedzinie pojazdów elektrycznych (EV), magazynowania energii odnawialnej oraz wszelkich innych zastosowań, które wymagają możliwie najbardziej zaawansowanych systemów magazynowania energii. Mowa nie o różnicach rzędu kilku-, czy kilkudziesięciu procent, a całych kilkuset.
Czytaj też: Amerykański HIMARS się chowa. Chiny mają jeszcze potężniejszą wyrzutnię pocisków
Gęstość energii akumulatorów litowo-siarkowych stanowi ich największą zaletę w porównaniu z konwencjonalnymi magazynami energii. Podczas gdy te najpowszechniejsze (litowo-jonowe) oferują zazwyczaj gęstość energii od 150 do 250 Wh/kg, tak nowy prototyp chińskiego akumulatora litowo-siarkowego od GNE osiąga imponującą gęstość na poziomie 700 Wh/kg. Oznacza to, że dzieło Chińczyków przechowuje średnio ponad trzy razy więcej prądu, a to z kolei przekłada się bezpośrednio na okazalszy zasięg pojazdów elektrycznych przy zachowaniu akumulatora o podobnej wadze.
Czytaj też: Chiny znów pobiły rekord. Świt nowej ery fotowoltaiki
Wchodząc w szczegóły samej chemii, akumulatory litowo-siarkowe opierają się na siarce jako materiale katodowym i metalicznym licie jako anodzie. Teoretycznie mogą one osiągnąć gęstość energii nawet do 2600 Wh/kg, a dzięki temu, że siarka sama w sobie jest materiałem powszechnym i tanim, to dodatkowo wzmacnia korzyści środowiskowe i ekonomiczne. Problem w tym, że tego typu akumulatory od dawna napotykają na trudności techniczne, które ograniczają ich szerokie zastosowanie. Jednym z głównych problemów, które je dręczą, jest słaba przewodność elektryczna siarki, co wpływa na samą wydajność zwłaszcza przy dużych prędkościach rozładowania (np. przy przyspieszaniu wydajnym samochodem). Większym problemem jest jednak szybsza degradacja pojemności związana z rozpuszczaniem się polisiarczków litu w elektrolicie oraz znaczna różnica w gęstości między siarką a siarczkiem litu, która powoduje niestabilność strukturalną podczas cykli ładowania i rozładowania.
Czytaj też: 20 lat w ciągu roku. Chiny mają największy sprzęt do testów turbin wiatrowych
Wspomniane wyzwania utrudniały rozwój niezawodnych akumulatorów litowo-siarkowych na skalę komercyjną… aż do teraz. Pod przewodnictwem dr. Jiujuna Zhanga, zespół badawczy GNE dokonał znaczących postępów w przezwyciężaniu wewnętrznych wyzwań technologii litowo-siarkowej. Specjaliści skupili się na poprawie przewodnictwa elektrycznego siarki oraz redukcji zjawiska degradacji pojemności, a to poprzez zastosowanie innowacyjnych materiałów, takich jak nanopowłoki dla katody siarkowej oraz zaawansowanych dodatków do elektrolitów. Wisienką na torcie są kompozycje elektrolitów, które oferują lepszy transport jonów, a to akurat przekłada się na poprawę efektywności i bezpieczeństwa. Te postępy są kluczowe dla zapewnienia, że akumulatory litowo-siarkowe będą nadawać się do użytku, wytrzymując wielokrotne cykle ładowania i rozładowania bez znacznej degradacji. Problem w tym, że aktualnie nie wiemy nic na temat ich potencjalnego wprowadzenia do masowej produkcji.