Батареи с твердым Li-S-электролитом в 4 раза лучше Li-ion-аккумуляторов 13.06.2013

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) разработали новую многообещающую конструкцию аккумуляторных батарей на основе твердого электролита, в состав которого входит литий и сера (Li-S). Такие аккумуляторные батареи более дешевы в производстве и обладают более высоким значением показателя плотности накапливаемой энергии, нежели традиционные литий-ионные аккумуляторы. Благодаря использования твердого электролита, Li-S аккумуляторы более долговечны и намного более безопасны в эксплуатации, чем аккумуляторы с жидким электролитом.

Li-S аккумуляторы считаются некоторым экспертами как преемники литий-ионных аккумуляторных батарей. Они чрезвычайно легки, что позволяет использовать их для обеспечения полетов на солнечной энергии, они дешевы в производстве, достаточно долговечны и демонстрируют высокое значение показателя энергетической плотности. Но, к сожалению, эта технология еще достаточно "сырая" и ее главной проблемой является проблема подходящего электролита, оптимальный состав которого пока еще не найден.

В предыдущих попытках создания Li-S аккумуляторов исследователи использовали жидкие электролиты. Но использование жидкого электролита является монетой с двумя сторонами, с одной стороны - жидкость, наполненная ионами, является превосходным проводником электрического тока, но с другой стороны жидкий электролит деградирует со временем и с увеличением количества циклов заряда-разрядки, что приводит к преждевременному выходу батареи из строя. Помимо этого, некоторые жидкие электролиты огнеопасны, что представляет собой проблему при эксплуатации аккумуляторных батарей.

Но теперь, по словам исследователей, им удалось найти решение вышеуказанных проблем, которым стал состав твердого электролита, основой которого стало соединение лития и полисульфидфосфатов - богатых серой материалов с высокой удельной электрической проводимостью. "Наша технология, в которой используется твердый Li-S-электролит, лишена большей части недостатков, которыми обладают аккумуляторы с жидким электролитом, - рассказывает доктор Ченгду Лиэнг (Dr. Chengdu Liang). - Опытные образцы Li-S батарей выдерживают без ухудшения их характеристик большое количество циклов, не теряя емкость, как литий-ионные аккумуляторы".

Опытные образцы Li-S-аккумуляторов после 300 циклов заряда/разрядки, проведенных при температуре в 60 градусов Цельсия, сохранили удельную плотность в 1200 мА*ч/г. Для сравнения, аналогичный показатель литий-ионных аккумуляторов составляет 140-170 мА*ч/г, но Li-S-аккумуляторы вырабатывают половину напряжения, которое вырабатывают литий-ионные аккумуляторы. Поэтому восьмикратное увеличение плотности энергии приводит фактически к четырехкратному увеличению емкости аккумуляторной батареи.

В составе Li-S-аккумуляторной батареи используется сера, которая в больших количества получается как побочный продукт нефтепереработки. Это позволит использовать разработанную технологию как один из способов утилизации промышленных отходов, которые скапливаются в больших количествах. В настоящее время новая технология производства Li-S-аккумуляторов находится в виде, который не очень подходит для практической ее реализации. Но доктор Лиэнг и его группа подали патентную заявку и после оформления соответствующего патента планируют доработать технологию до требующегося уровня, который позволит наладить массовое производство новых аккумуляторных батарей.