Дослідники визначили шлях до швидкої зарядки літій-сірчаних батарей
Австралійські дослідники розробили новий каталізатор, який має потенціал для створення нового покоління літій-сірчаних акумуляторів, що заряджатимуться менш ніж за п’ять хвилин, а не за кілька годин.
Група дослідників зі Школи хімічної інженерії Університету Аделаїди розробила вуглецевий і кобальт-цинковий каталізатор, який при використанні в літій-сірчаних (Li-S) акумуляторах забезпечує дуже швидку зарядку, а також покращує продуктивність батарей.
Професор Шижан Цяо (Shizhang Qiao), завідувач кафедри нанотехнологій в університеті, сказав, що це відкриття може зробити революцію в технологіях зберігання енергії і сприяти розвитку високоефективних акумуляторних систем для різних застосувань.
“Наше дослідження демонструє значний прогрес, що дозволяє літій-сірчаним батареям досягати повного заряду/розряду менш ніж за п’ять хвилин”, – сказав він, зазначивши, що при використанні електрокаталізатора в літій-сірчаних батареях, отримана батарея “досягає виняткового співвідношення потужності до ваги”.
Технологія Li-S акумуляторів популярна серед дослідників і комерційних розробників, завдяки потенціалу металевої комбінації літію та сірки, яка може забезпечити більше енергії на грам, ніж літій-іонні акумулятори, які наразі домінують у секторі зберігання енергії.
Висока потужність цих батарей робить їх добре придатними для застосувань, що вимагають швидкого заряджання і розряджання, пропонуючи підвищену продуктивність і надійність як для побутової електроніки, так і для великомасштабних рішень зі зберігання енергії в енергосистемах.
Однак ця технологія має свої обмеження. Як правило, Li-S батареї страждають від низької швидкості заряду-розряду, зазвичай для одного повного циклу заряду-розряду потрібно кілька годин – зазвичай від однієї до 10 годин.
Щоб вирішити цю проблему, команда Університету Аделаїди дослідила реакцію відновлення сірки (SRR), яка є ключовим процесом, що регулює швидкість заряду-розряду Li-S батарей.
“Ми досліджували різні електрокаталізатори на основі перехідних металів на основі вуглецю, включаючи залізо, кобальт, нікель, мідь і цинк під час SRR”, – сказав Цяо. “Швидкість реакції зростала зі збільшенням концентрації полісульфіду, оскільки полісульфід слугує реактивним проміжним продуктом під час SRR”.
Зрештою команда зупинилася на нанокомпозитному електрокаталізаторі, що складається з вуглецевого матеріалу та кобальт-цинкових (CoZn) кластерів.
Дослідження команди, опубліковане в журналі Nature Nanotechnology, показує, що коли електрокаталізатор використовувався в позитивному електроді на основі сірки, відповідна Li-S батарея змогла витримати 1000 циклів при 8 C. Батарея також продемонструвала збереження ємності розряду на рівні близько 75%, що відповідає початковій питомій потужності 26 120 Вт/кг.
За словами пана Цяо, висока потужність батарей робить їх придатними для застосувань, що вимагають швидкого заряджання та розряджання, пропонуючи підвищену продуктивність та надійність як для побутової електроніки, так і для великомасштабних рішень зі зберігання енергії в енергосистемах.