Tak, tak – wiem co sobie w tej chwili myślcie. Przecież co chwilę słyszy się o kolejnych innowacyjnych bateriach, które mają przewyższać baterie litowo-jonowe jonowe pod każdym względem, a które ostatecznie nigdy nie otrzymują szansy, by ujrzeć światło dzienne. Bateria nad którą pracują badacze z Monash University w Australii ma jednak rzeczywiste szanse na powodzenie. Wygląda na to, że jej komercjalizacja jest tuż za rogiem.
Uczeni z Monash University opracowali baterię litowo-siarkową, która pod względem wydajności może przewyższać baterię litowo-jonową co najmniej czterokrotnie. Jak twierdzą badacze, dzięki niej smartfony będzie można ładować raz na pięć dni, a elektryczne samochody dopiero po przejechaniu 1000 kilometrów.
Nad bateriami litowo-siarkowymi pracuje się nie od dzisiaj, a to dlatego, że mają one ogromny potencjał. Oferują bowiem pięciokrotnie większą pojemność energetyczną w stosunku do masy niż baterie litowo-jonowe. Wadą baterii litowo-siarkowych, które powstały dotychczas, była jednak dużo mniejsza trwałość.
Badacze z Monash University obeszli problem trwałości baterii litowo-siarkowych, tworząc nową architekturę wiązań między cząsteczkami wewnątrz baterii. Inspiracją dla uczonych była unikatowa architektura wiązań zastosowana po raz pierwszy w latach 70. XX wieku, w przetwarzaniu sproszkowanych detergentów.
„Ironicznie, głównym wyzwaniem związanym z masowym wykorzystaniem baterii litowo-siarkowych było do tej pory to, że pojemność elektrody siarkowej jest tak duża, iż ta nie jest w stanie poradzić sobie z wiążącym się z tą pojemnością obciążeniem.”, powiedziała doktor Mahdokht Shaibani, główna autorka pracy, w której opisano baterię. „Zamiast tego ta rozpada się, tak jak ludzie czasem łamią się pod wpływem stresu.”
Jak wyjaśnia Shaibani, wspomniane obciążenie sprawia, że odkształcają się kluczowe komponenty akumulatora. W szczególności chodzi o węglową macierz, która jest odpowiedzialna za przekazywanie elektronów do siarki będącej izolatorem oraz o polimerowe spoiwo, które te materiały ze sobą łączy. Przerwanie ich połączenia prowadzi do gwałtownego pogorszenia wydajności akumulatora.
Podczas gdy we wcześniejszych bateriach litowo-siarkowych wspomniane polimerowe spoiwo tworzyło bardzo gęstą sieć, z bardzo niewieloma pustymi przestrzeniami, zupełnie inaczej jest w nowym akumulatorze z australijskiego uniwersytetu. Zespół badaczy zastosował ten sam polimer, jednakże przetworzył go inaczej, tworząc sieć niebywale silnych mostów łączących węglową macierz i cząstki siarki. Sieć ta dużo lepiej radzi sobie z powstającymi naprężeniami niż dotychczasowe rozwiązanie.
Podczas testów bateria uczonych z Monash University dawała bardzo obiecujące rezultaty. Po 200 cyklach pracy jej wydajność spadła zaledwie o 1 procent, co zdaniem naukowców jest niespotykane w przypadku baterii o tak dużej pojemności.
W ciągu najbliższego roku badacze zamierzają przetestować swoją baterię w bardzo szerokim zakresie – sprawdzając, jak ta radzi sobie w elektrycznych samochodach, w magazynowaniu energii pochodzącej z paneli fotowoltaicznych, i nie tylko. Na przeprowadzenie tych testów ma pozwolić im ponad 2,5 miliona dolarów funduszy uzyskanych od australijskiego rządu i międzynarodowych partnerów.
Uczeni złożyli już wniosek o opatentowanie swojej technologii. Co ciekawe, najwięksi producenci baterii z Chin i Europy zdążyli wyrazić zainteresowanie produkcją omawianego akumulatora litowo-jonowego na dużą skalę.
Źródło: Science Advances