Исследователи определили метод быстрой зарядки литий-серных батарей

Австралийские исследователи разработали новый катализатор, который способен создать новое поколение литий-серных батарей, заряжаемых менее чем за пять минут, а не за несколько часов.
Группа исследователей из Школы химического машиностроения Университета Аделаиды разработала углеродный и кобальт-цинковый катализатор, который при использовании в литий-серных (Li-S) батареях обеспечивает очень быструю зарядку, а также улучшает характеристики батарей.

Профессор Шижан Цяо, заведующий кафедрой нанотехнологий университета, заявил, что этот прорыв способен произвести революцию в технологиях хранения энергии и продвинуть разработку высокопроизводительных аккумуляторных систем для различных применений.

«Наше исследование демонстрирует значительный прогресс, позволяя литий-серным батареям достигать полного заряда/разряда менее чем за пять минут», — сказал он, отметив, что при использовании электрокатализатора в литий-серных батареях, получаемая батарея «достигает исключительного соотношения мощности и веса».

Технология Li-S батарей популярна среди исследователей и коммерческих разработчиков, поскольку сочетание металлического лития и серы может обеспечить больше энергии на грамм, чем литий-ионные батареи, которые в настоящее время доминируют в секторе хранения энергии.

Высокая мощность этих батарей делает их хорошо подходящими для приложений, требующих быстрой зарядки и разрядки, обеспечивая повышенную производительность и надежность как для потребительской электроники, так и для крупномасштабных решений по хранению энергии в сетях.

Однако у этой технологии есть свои ограничения. Как правило, Li-S батареи страдают от низкой скорости заряда-разряда: для одного полного цикла заряда-разряда требуется несколько часов — обычно от одного до 10 часов.
Чтобы решить эту проблему, команда Университета Аделаиды изучила реакцию восстановления серы (SRR), которая является ключевым процессом, определяющим скорость заряда-разряда Li-S батарей.

«Мы исследовали различные электрокатализаторы на основе углеродных переходных металлов, включая железо, кобальт, никель, медь и цинк, в ходе SRR», — говорит Цяо. «Скорость реакции возрастала при увеличении концентрации полисульфида, поскольку полисульфид служит реакционным промежуточным продуктом в процессе SRR».

В итоге команда остановилась на нанокомпозитном электрокатализаторе, состоящем из углеродного материала и кобальт-цинковых (CoZn) кластеров.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Nanotechnology, показало, что при использовании электрокатализатора в положительном электроде на основе серы соответствующий Li-S аккумулятор можно было эксплуатировать в течение 1000 циклов при температуре 8 C. Батарея также продемонстрировала сохранение разрядной емкости около 75%, что соответствует начальной удельной мощности в 26 120 Вт кг.

По словам Цяо, высокая мощность батарей делает их хорошо подходящими для приложений, требующих быстрой зарядки и разрядки, обеспечивая повышенную производительность и надежность как для бытовой электроники, так и для крупномасштабных решений по хранению энергии в сетях.