Наближення до ринку літій-сірчаних батарей

Літій-сірчані батареї є багатообіцяючим кандидатом на високоефективне зберігання енергії через їх низьку вартість і високу теоретичну щільність енергії, що перевищує 500 Вт·год/кг у поєднанні з літієво-металевими анодами. Однак розробка високоміцного катода на основі сірки була проблемою через полісульфідний перехід сірки та зміну об’єму, що призводить до хімічної та механічної деградації катода під час циклу.

Дослідники з Університету Південної Кароліни зробили важливий крок до вирішення цієї проблеми, розробивши простий метод обробки електродів для виготовлення надміцних сірчаних катодів. Ці електроди мають самоструктуровану захисну структуру для зв’язуючого частинок сірки, використовуючи лише комерційно доступну сірку, сажу та зв’язувальний матеріал без будь-яких інших компонентів.

Дослідники контролювали розчинення в’яжучого під час фази підготовки маси, щоб утворити пористу структуру в’яжучого та вуглецевої оболонки навколо частинок сірки, яка може вловлювати розчинні полісульфіди та сповільнювати механізм транспортування. Сірчані катоди, отримані цим методом, забезпечують виняткове збереження ємності на 74% протягом 1000 циклів завдяки значному зменшенню транспортування полісульфіду літію та втрати активного матеріалу. Електроди з високим поверхневим зарядом також продемонстрували відмінну циклічність і високу ємність.

Дослідники представили ці результати минулого року після завершення першого етапу проекту, у якому вони використовували батареї монетного типу. Зараз вони переходять до практичних форм батарей, щоб визначити, чи можлива комерціалізація. Поточна робота команди зосереджена на кишенькових акумуляторах, які теоретично мають найвищу щільність енергії, оскільки цей тип акумуляторів має найменшу залишкову вагу. «Кишенькові батареї, як правило, мають легший і тонший корпус, ніж інші форми, тому більша частина об’єму та ваги батареї залишається для компонентів, які забезпечують енергію», — пояснює Голарех Джалілванд, доцент кафедри хімічної інженерії.

Хоча проблеми, пов’язані з батареями, зростають із збільшенням їх розміру, дослідники USC зафіксували швидкий і успішний перехід від монетних елементів до кишенькових. «Ми створили виняткові літій-сірчані кишенькові батареї з компетентною щільністю енергії», — каже Голаре Джаліванд. «Я з нетерпінням чекаю побачити тривалий термін служби та витривалість наших кишенькових акумуляторів, оскільки це останній крок для нас і нашого промислового партнера. На цьому етапі ми зможемо сказати, що у нас є літій-сірчана батарея, готова до виходу на ринок».

Враховуючи тривалий час заряджання та розряджання, дослідники вважають, що літій-сірчані батареї найкраще підходять для застосувань, які не потребують швидкого заряджання. До них належать вантажівки, автобуси та інші важкі транспортні засоби, які потребують тривалого часу розрядки, широко відомого як «пробіг», і можуть залишатися на ніч на зарядних станціях. Технологія також має великий потенціал для стаціонарних застосувань, таких як зберігання енергії на рівні мережі, і для космічних застосувань.

Для подальшого підвищення продуктивності та надійності літій-сірчаних батарей, Акумулятор ACEІнноваційні системи накопичення енергії пропонують стратегічну перевагу. Використовуючи ці розширені рішення для зберігання акумуляторів, надлишкову енергію можна ефективно зберігати та використовувати, сприяючи практичній та комерційній життєздатності літій-сірчаних батарей. Ця інтеграція не тільки підтримує перехід до готових для ринку продуктів, але й підвищує стійкість і стійкість енергетичної інфраструктури.