Австралийские ученые из Университета Монаша разработали новый рецепт для изготовления литий-серных аккумуляторов. Экспериментальная ячейка с сахарным слоем обеспечила емкость 700 мАч на грамм и легко выдержала 1000 циклов перезарядки. Авторы нацелены на автомобильную промышленность — по их мнению, литий-серные батареи позволят совершить поездку на электромобиле из Мельбурна в Сидней (около 880 км) без подзарядки.

Теоретически литий-серные аккумуляторы намного выгоднее широко распространенных литий-ионных элементов. По подсчетам инженеров, они могут хранить в 2–5 раз больше энергии, не используя при этом редкие и дорогие металлы. Однако такие батареи быстро выходят из строя. Из-за того, что положительный серный электрод аккумулятора расширяется и сжимается во время циклов зарядки-разрядки, он подвергается значительным нагрузкам и изнашивается. В то же время отрицательный электрод создает дополнительную проблему, поскольку загрязняется соединениями серы, сообщает New Atlas.

В прошлом году та же команда из Университета Монаша частично решила проблему литий-серных батарей. Они разработали специальный связующий агент, который создал дополнительное пространство вокруг частиц серы — таким образом конструкция получила больше места для безопасного расширения во время зарядки. В результате команда представила литий-серную батарею большой емкости, которая была способна выдержать более 200 циклов зарядки и разрядки.

Поддержка 200 циклов — это серьезное достижение с научной точки зрения, но этого все еще не достаточно для коммерциализации таких аккумуляторов. Поэтому с января прошлого года ученые боролись со вторым главным недостатком литий-серных батарей — взаимодействием отрицательного электрода с серой. Команда обратила внимание на то, что использование сахара в сетчатой структуре электрода стабилизирует серу и не дает ей перемещаться и покрывать литиевый электрод.

В ходе серии испытаний новый компонент подтвердил жизнеспособность концепции. Прототипы элементов, разработанные учеными, выдержали не менее 1000 циклов перезарядки и сохранили большую емкость, чем эквивалентные литий-ионные аккумуляторы. При этом для производства этих батарей не потребовались экзотические, токсичные или дорогие материалы.

«Менее чем через десять лет эта технология приведет к появлению транспортных средств, включая электрические автобусы и грузовики, которые смогут путешествовать из Мельбурна в Сидней без подзарядки», — заявил ведущий автор Майнак Маджумдер.

Физик также отметил, что, помимо электромобилей, литий-серные батареи пригодятся в разработке дронов-курьеров и сельскохозяйственных беспилотников. А в долгосрочной перспективе эти элементы питания могут быть установлены в потребительскую электронику — ноутбуки, планшеты, смартфоны и умные часы.