Przeprowadzone w tej sprawie eksperymenty zostały niedawno opisane w ramach publikacji zamieszczonej na łamach Wiley. Chodzi o konstrukcję litowo-siarkową, w której wykorzystano tzw. nanoklastry metalowe. W ten sposób japońscy naukowcy dążyli do zapewnienia zrównoważonej i wydajnej przyszłości.

Czytaj też: Małe i lekkie akumulatory byłyby na wagę złota. Dlaczego więc nie możemy ich stworzyć?

Projektowanie akumulatorów to bardzo istotna kwestia, ponieważ zapotrzebowanie na technologie związane z magazynowaniem energii wciąż rośnie. To oczywiście za sprawą wzrostu popularności elektrycznych pojazdów oraz zwiększonej produkcji energii pochodzącej z odnawialnych źródeł.

Akumulatory litowo-siarkowe mają gigantyczny potencjał, o czym najlepiej świadczy fakt, że mogą przechowywać od 3 do 5 razy więcej energii niż ma to miejsce w przypadku litowo-jonowych. A przecież te ostatnie cieszą się gigantycznym zainteresowaniem.

Jeśli chodzi o wariant litowo-siarkowy, to wykorzystuje on lit w formie anody, natomiast siarka pełni rolę katody. Niestety, taka kombinacja sprawia, że powstają formy polisiarczku litu, które przemieszczają się między anodą i katodą, wywołując spadki pojemności. Na tym problemy się nie kończą, ponieważ mowa także o krótkim cyklu życia, niskiej wydajności oraz rozszerzaniu się katody siarkowej podczas absorpcji litowo-jonowej czy też tworzeniu się izolujących form litowo-siarkowych i dendrytów litu.

Akumulatory litowo-siarkowe mogą przechowywać znacznie więcej energii od litowo-jonowych, lecz zmagały się do tej pory z istotnymi problemami

Próbując zwalczać te trudności, inżynierowie z całego świata stosowali już różne metody. Niestety, żadne podejście nie okazało się idealne. Tym razem rękawicę podjęli naukowcy z Tokio, którzy skupili się na nanoklastrach metali, które składają się z elementów wielkości od 1 do 3 nanometrów. Istotną rolę odegrała właściwość wiązania powierzchniowego i aktywność redoks nanoklastrów złota domieszkowanego platyną.

Czytaj też: Wytrzyma najbardziej ekstremalne warunki pracy. Taki jest akumulator, który prześciga Chiny

Kompozyty zbudowane z takich cząstek zostały wykorzystane do stworzenia separatora akumulatorów. Implementacja takowego doprowadziła do zatrzymania migracji form polisiarczku litu, przeciwdziałania powstawaniu dendrytów litu, zwiększenia wydajności i wydłużenia cykli pracy akumulatorów. W końcowej formie taka bateria wykazywała pojemność właściwą 1535,4 mA h g-1 dla pierwszego cyklu przy 0,2 A g-1 i wydajność 887 mA h g-1 przy 5 A g-1. Co więcej, pojemność po 1000 cyklach przy 5 A g−1 wyniosła 558,5 mA·h g−1. Dalszy rozwój tej technologii powinien przełożyć się na masową produkcję akumulatorów, które mogłyby przebić powszechnie stosowane baterie litowo-jonowe. To z kolei daje nadzieję na zwiększenie możliwości z zakresu magazynowania energii, co powinno przełożyć się przede wszystkim na istotny rozwój technologii wykorzystywanych na potrzeby produkcji energii z odnawialnych jej źródeł.