Ученые случайно открыли технологию, которая позволит в три раза повысить емкость литиевых аккумуляторов
Эксперименты с серосодержащим катодом для литиевого аккумулятора случайно привели к неожиданному открытию. Ученые случайно добились постоянной стабилизации состояния моноклинной γ-серы (гамма-серы) при комнатной температуре, чего раньше не случалось. Это дает надежду на разработку литий-серных аккумуляторов с емкостью в три раза большей, чем у современных литиевых батарей.
Индустрии от электромобилей до смартфонов нужны новые более емкие аккумуляторы, без чего прогресс будет затруднен. Одними из перспективных версий новых типов батарей считаются литий-серные элементы, которые теоретически смогут запасать до трех раз больше энергии, чем современные литийионные батареи. На этом пути есть только одна большая проблема - литий-серные элементы очень и очень быстро теряют емкость с каждым циклом заряда: до 78 % в ходе каждого цикла.
Попытки ученых из Дрексельского университета в Филадельфии разработать для литиевого аккумулятора устойчивый катод с использованием серы выявил неожиданную особенность. В ходе работы с материалами катода ученым удалось создать стабильную форму γ-серы. Это одно из двух устойчивых кристаллических состояний серы - так называемое моноклинное, но оно переходит в другую устойчивую фазу (ромбическую) при остывании ниже 95 °C.
"За последнее столетие было проведено всего несколько исследований, в ходе которых была получена моноклинная форма γ-серы, и она была стабильна не более 20-30 минут. Но мы создали ее в катоде, который прошел тысячи циклов заряда-разряда без снижения производительности, и год спустя наше исследование показало, что химическая фаза осталась прежней", - заявил один из авторов исследования Рахул Пай (Rahul Pai). Работа опубликована в издании Nature Communications Chemistry и свободно доступна по ссылке.
После 4000 циклов заряда-разряда в течение года, что эквивалентно 10 годам регулярного использования, серный катод оставался стабильным и не деградировал. Как и было предсказано, емкость батареи оказалась более чем в три раза выше, чем у литийионной ячейки. Ученые полны энтузиазма и пытаются точно понять механизм процесса, чтобы в итоге коммерциализировать технологию.
