Новые аккумуляторы станут в 5 раз эффективней их современных аналогов

Рекордной длительности хранения энергии аккумуляторов, опережающей все мировые показатели, удалось добиться ученым Национальной ускорительной лаборатории SLAC совместно с коллегами из Стенфордского университета. Достичь подобных результатов помогла особая конструкция электрода, напоминающая желток яйца. Как известно, на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы способны сохранять около 80 процентов первоначальной емкости после 500 циклов заряд/заряд. А новая технология на основе серы обеспечивает высокую эффективность аккумулятора и после 1000 подобных циклов.

Более того, новый катод может вмещать объем энергии, в 5 раз превышающий объемы хранения самых лучших современных коммерческих литий-ионных аккумуляторов. С появлением данной технологии открываются новые возможности в создании батарей нового поколения, которые станут более легкими, емкими и долговечными и найдут применение в электрических транспортных средствах, портативной электронике и во многих других технических разработках. До настоящего времени ученым было известно о способности серы к хранению большого количества ионов лития, и как следствие, большего объема энергии. Но возникали две проблемы при практическом использовании серы в аккумуляторах: при поглощении ионов лития электродом в процессе зарядки происходило их слияние с атомами серы, и создавались промежуточные соединения, ограничивающие емкость аккумулятора, и вторая проблема заключалась в растрескивании любых защитных покрытий электрода и сокращении срока службы аккумулятора вследствие притока ионов, который приводил к увеличению объема катода на 80%.

Решение новой технологии заключается в создании катода на основе наночастиц диаметром 800 нанометров. Таким образом получается крошечная частица серы, окруженная твердой оболочкой, состоящей из пористого диоксида титана - некое подобие яичного желтка в яичной скорлупе. Между «скорлупой» и «желтком» остается полое пространство, позволяющее сере беспрепятственно расширяться. В процессе разрядки ионы лития, проходя через оболочку, связываются с серой, которая начинает расширяться и заполнять пустоту между «скорлупой» и «желтком», не разрушая твердую оболочку, а защищая серу от появления промежуточных соединений. Эксперименты с новым аккумулятором показали, что новая технология даже после 1000 циклов заряд/заряд позволяет сохранить 70% емкости, что и без оптимизации превышает аналогичные показатели самых продвинутых коммерческих аккумуляторов. Следующим шагом, направленным на совершенствование технологии станут эксперименты с добавлением других элементов в «скорлупу», в частности кремния.