akumulator-litowo-siarkowy-3

Akumulator litowo-siarkowy z domieszką kevlaru. Naukowcom udało się stworzyć niemal idealne ogniwo nowego typu

Według wielu ekspertów, akumulatory litowo-siarkowe są w stanie przechowywać ok. 5 razy więcej energii niż używane dzisiaj ogniwa litowo-jonowe. Przynajmniej w teorii. W praktyce bowiem, konstrukcje akumulatorów litowo-siarkowych pozostawiają jak na razie zbyt wiele do życzenia, żebyśmy mogli mówić o ich zastosowaniu komercyjnym.

Niedługo jednak może się to zmienić – zespół naukowców z University of Michigan twierdzi, że znacznie poprawił ich konstrukcję. Przy pomocy nowej membrany, która sprawia, że ich akumulator litowo-siarkowy jest zaprojektowany w „prawie doskonały” sposób i wytrzyma ponad 1000 cykli ładowania.

Istnieje wiele badań mówiących o kilkuset cyklach dla akumulatorów litowo-siarkowych, ale jest to osiągane kosztem innych parametrów. Wyzwaniem w dzisiejszych czasach jest stworzenie akumulatora, który zwiększa liczbę cykli i spełnia wiele innych wymagań, w tym niski koszt produkcji, dużą pojemność, szybkość ładowania, odporność na uszkodzenia i wysoki poziom bezpieczeństwa

– mówi kierownik zespołu badawczego Nicholas Kotov

Akumulator litowo-siarkowy to pięciokrotnie większa pojemność w stosunku do ogniw litowo-jonowych i teoretycznie mniejszy koszt produkcji

Chcąc spełnić powyższe założenia, Kotov wraz ze swoim zespołem rozpoczął poszukiwania idealnej konstrukcji akumulatora litowo-siarkowego. Ich zdaniem najwięcej zależy od samej membrany. Żeby ją ulepszyć, badacze postanowili wykorzystać nanowłókna aramidowe. Z włókien aramidowych zespół Kotova zaprojektował sieci, wzorowane na strukturze błon komórkowych. Sieci te zostały nasączone żelem elektrolitowym aby zapobiec tworzenie się dendrytów – igiełkowatych narośli, które są bardzo powszechną przyczyną awarii tego typu akumulatorów.

Zalety nowego rodzaju membrany idą oczywiście dalej – gdy bateria litowo-siarkowa poddawana jest swojemu cyklowi, małe cząsteczki litu i siarki, znane jako polisiarczki litu, przepływają do litu i zmniejszają pojemność urządzenia. Zespół zajął się tym, integrując maleńkie, inspirowane biologicznie kanaliki ze sztuczną błoną i dodał do nich ładunek elektryczny, który odpycha polisiarczki litu, jednocześnie umożliwiając swobodny przepływ dodatnio naładowanych jonów tego samego pierwiastka.

Uzyskana w ten sposób selektywność przepływu pozwoliła na zbudowanie „prawie doskonałego” akumulatora litowo-siarkowego. Tak przynajmniej twierdzą jego twórcy, którzy dodają, że wydajność ich konstrukcji zbliżona jest do teoretycznych limitów akumulatorów litowo-jonowych, zachowując przy tym prawie pięciokrotnie większą pojemność niż akumulatory litowo-jonowe. Gdyby okazało się, że akumulator stworzony przez zespół Kotova rzeczywiście nadaje się do zastosowań komercyjnych, pomyślcie tylko jak zmieniłby rynek aut elektrycznych – pięciokrotnie dłuższy zasięg byłby dla elektryków przełomowym ulepszeniem.

Czytaj również: Baterie litowo-siarkowe: bezpieczniejsze, tańsze i 4x bardziej pojemne

Twórcy akumulatora twierdzą również, że jego ładowanie, z wykorzystaniem technologii szybkiego ładowania, pozwoliłoby na ok. 1000 cykli, co statystycznie przekłada się na 10-letnią żywotność. No i siarka zastępująca kobalt stosowany w akumulatorach litowo-jonowych jest znacznie łatwiejszym pierwiastkiem, jeśli chodzi o jego pozyskiwanie. Włókna aramidowe z kolei można by pozyskiwać ze starych kamizelek kevlarowych. Oznacza to, że nowy typ akumulatora byłby dość niedrogi w produkcji. O ile oczywiście ktoś zechce zainwestować w to rozwiązanie i wykorzystać nowy typ akumulatora litowo-siarkowego komercyjnie.