Вчені розробили революційний літій-сірчаний акумулятор

Дослідницька група з кафедри енергетичних наук та інженерії DGIST під керівництвом професора Чонг-Сун Ю розробила революційну технологію, яка значно підвищує швидкість заряджання літій-сірчаних акумуляторів та дозволяє їм повільніше втрачати загальний запас ємності

Вчені розробили революційний літій-сірчаний акумулятор Фото: chatgpt.com

Літій-іонні акумулятори, які є основою екологічно чистих технологій, таких як електромобілі, мають обмеження щодо енергетичної ємності та високу вартість виробництва. Літій-сірчані акумулятори пропонують вищу енергетичну щільність і вигоду від доступності сірки як ключового матеріалу. Однак їхнє впровадження ускладнюється неефективним використанням сірки під час швидкого заряджання, що призводить до зниження ємності батареї.

Інша проблема полягає у літій-полісульфідах, які утворюються під час розряду. Ці сполуки мігрують усередині батареї, що погіршує її продуктивність. Щоб подолати це, дослідники працюють над включенням сірки до пористих вуглецевих структур, але досягнення комерційно прийнятних результатів досі було недосяжним.

Для розв’язання цих викликів команда професора Ю синтезувала інноваційний багатопористий графітовий вуглецевий матеріал, допований азотом, і застосувала його у катоді літій-сірчаних батарей. Ця технологія забезпечила збереження високої енергетичної ємності навіть за умов швидкого заряджання.

Синтез передового вуглецевого матеріалу

Новий матеріал був синтезований методом термічного відновлення за допомогою магнію та ZIF-8 — метал-органічного каркасного матеріалу, відомого своєю високою термічною та хімічною стабільністю.

Цікаве по темі: Названо 5 перспективних технологій у 2025 році

Під впливом високих температур магній реагує з азотом у ZIF-8, що робить вуглецеву структуру більш стабільною та надійною, створюючи водночас різноманітну пористу структуру. Ця структура дозволяє значно збільшити кількість завантаженої сірки та покращує контакт між нею та електролітом, значно підвищуючи продуктивність батареї.

У літій-сірчаній батареї, створеній у межах нового дослідження, використовувався багатофункціональний вуглецевий матеріал, синтезований простим методом термічного відновлення з магнієм, як носій сірки. Навіть за умов швидкого заряджання з повним зарядом за 12 хвилин, батарея досягла високої ємності у 705 мАг/г, що на 60% більше, ніж у традиційних батарей. Крім того, легування поверхні вуглецю азотом ефективно пригнічує міграцію літій-полісульфідів, дозволяючи батареї зберігати 82% ємності після 1 000 циклів заряджання-розряджання.

Під час дослідження команда під керівництвом доктора Халіла Аміна з Національної лабораторії Аргонна провела поглиблені мікроскопічні аналізи. Вони підтвердили, що літій-сульфід (Li₂S) формувався в специфічній орієнтації у нових вуглецевих структурах, що покращило швидкість реакцій сірки та прискорило заряджання.

Професор Чонг-Сун Ю зазначив:

«Це дослідження зосереджене на підвищенні швидкості заряджання літій-сірчаних батарей за допомогою простого синтезу з використанням магнію. Ми сподіваємося, що цей прорив прискорить комерціалізацію літій-сірчаних батарей».

Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:

4 смартфони, що лідирують у революції штучного інтелекту

Український ШІ-стартап Healthy Mind залучив $1 млн

Інвесткомпанія Web3 Media Ventures купила український стартап Slise

За матеріалом scitechdaily.com.