Ученые случайно увеличили емкость литиевых батарей в три раза

Американские физики предлагают использовать новую технологию для аккумуляторов электрокаров и мобильных устройств.

Инженеры из США неожиданно для самих себя открыли технологию, которая позволит увеличить емкость коммерческих аккумуляторов. Результаты своей работы они описали в статье, опубликованной в журнале Nature Сommunications Chemistry.

Сотрудники Университета Дрекселя (Филадельфия) искали способ увеличить срок службы литий-серных батарей, которые называют "святым граалем" в сфере энергетических элементов за большую емкость по сравнению с литий-ионными. Однако "граали" не безупречны: из-за нестабильности структуры, такие батареи теряют 78% объема при каждом цикле зарядки, поэтому их пока нельзя выпускать на коммерческий рынок.

Ученые пытались изменить конструкцию положительного электрода (катода), чтобы исправить проблему, и в процессе увидели, что состояние серы переходит в мононкулидную гамма-фазу, благодаря чему существенно замедляется (практически останавливается) реакция, в результате которой в карбонатном электролите образовывались полисульфиды. Примечательно, что команде впервые удалось добиться такого состояния при комнатной температуре, ведь обычно оно возникало при температуре более +95 градусов по Цельсию.

"В прошлом веке было проведено всего несколько исследований, в ходе которых была получена моноклинная гамма-сера, и она была стабильной на протяжение не более 20-30 минут. Но мы добились образования моноклинной гамма-серы в катоде, который подвергался тысячам циклов заряда-разряда без снижения производительности, и год спустя наше исследование показало, что химическая фаза сохранилась", — рассказал один из авторов исследования Рахул Пай.

Как утверждают инженеры, после 4 тыс. циклов заряда-разряда в течение года, что эквивалентно 10-ти годам регулярного использования, серный катод остался стабильным и не разрушился. При этом емкость литий-серной батареи в 3 раза превысила емкость литий-ионных аналогов, подвергшихся 4 тыс. циклов зарядки-разрядки.

В настоящее время ученые исследуют инновационный процесс, чтобы разработать технологию для производителей аккумуляторов. Ожидается, что новые батареи улучшат производительность мобильных устройств, электромобилей и роботов, а также решат экологические проблемы, возникающие вследствие использования литий-ионных моделей.