Влакна кевлар укрепват литиево-серна батерия за 5 пъти повече капацитет

Кевларът помага за повишаването на капацитета и трайността на литиево-серните батерии. Фото: Ahmet Emre, Kotov Lab

Имайки капацитета да съхраняват до пет пъти повече енергия от днешните литиево-йонни батерии, литиево-серните акумулатори представляват голям интерес за изследователите, а сега екип от Университета в Мичиган направи стъпка към реализирането на техния реален потенциал. Пробивът стъпва на мембрана от естествени влакна, която преодолява проблемите със стабилността и предлага на батерията „почти перфектен“. Така тя е способна да издържи повече от хиляда цикъла.

„Има редица доклади, в които се твърди, че литиево-серните батерии са способни на няколкостотин цикъла, но това се постига за сметка на други параметри – капацитет, скорост на зареждане, устойчивост и безопасност“, каза ръководителят на изследователския екип Николас Котов. „Предизвикателството в днешно време е да се направи батерия, която увеличава броят на възможните зареждане и разреждане от предишните 10 цикъла до стотици цикли и да удовлетворява множество други изисквания, включително тези за разходите“.

Поемайки това предизвикателство, Котов и колегите му решили да заложат на арамидни нановлакна – миниатюрни версии на кевларовите влакна, в нано-мащаб. Учените ги оформили във внимателно проектирани мрежи, които имитират структурата на клетъчните мембрани. Този материал се облива с електролитен гел и предотвратява често срещаната причина за повреда на батерията – образуването на игловидни израстъци, наречени „дендрити“, които „растат“ подобно на дърво от един от електродите и в крайна сметка пробиват мембраната.

Но предимствата на новата мембрана отиват по-далеч.

Когато литиево-серната батерия се зарежда и разрежда, малки частици литий и сяра, известни като литиеви полисулфиди, се натрупват върху лития и компрометират капацитета на устройството. Екипът интегрирал малки каналчета в мембраната и добавил електрически заряд, който отблъсква частиците, като същевременно позволява на положително заредените литиеви йони да се придвижват свободно. „Вдъхновени от биологични йонни канали, ние проектирахме магистрали за литиевите йони, където литиевите полисулфиди не могат да преминат“, каза Ахмет Емре, съавтор на статията.

Резултатът от тази йонна селективност е литиево-серна батерия с „почти перфектен“ дизайн, според Котов. Той казва, че устройството може да се похвали с ефективност, близка до теоретичните граници. Капацитетът пък е пет пъти по-голям от стандартната литиево-йонна батерия. Това може да доведе до появата на електрически превозни средства, които могат да пътуват пет пъти повече, без да се нуждаят от презареждане.

В реална среда новата технология би трябвало да може да издържи на около 1000 цикъла. В полза на устройството също работи фактът, че сярата е по-изобилна и по-малко проблематична за добиване от кобалта, използван в литиево-йонните батерии. От своя страна арамидните влакна могат да бъдат събрани от стари бронежилетки, което прави материала доста по-екологично предложение.

Изследването е публикувано в списание Nature Communications.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*