Ученые разработали новый прототип литиевых аккумуляторов, емкость которых в три раза превышает емкость современных батарей из-за использования в их составе серы в качестве одного из электродов.

Попытки создать литиево-серные аккумуляторы продолжаются уже второе десятилетие, так как такой тип батарей отличается значительно большим количеством запасаемой энергии, а так же дешевизной благодаря доступности серы, пишет sunhome

"Трудность создания такого аккумулятора заключается в конструкции серного катода - электрода, запасающего и отдающего ионы лития в процессе разряда и перезарядки соответственно. Для того, чтобы аккумулятор мог развить большую мощность, катод должен хорошо проводить электрический ток, однако сера является практически диэлектриком", - сказала профессор Линда Назар (Linda Nazar) из Университета Ватерлоо, слова которой приводит Исследовательский совет по естественным наукам и технике Канады.

В ходе работы аккумулятора материал катода, который составляют молекулы серы S8, должен принять в свою структуру ионы лития Li+, мигрирующие через слой полимерного электролита от второго электрода, называемого анодом, и электроны.

Так как сера является диэлектриком и практически не проводит электрический ток в нормальных условиях, этот процесс идет очень медленно, что приводит к низкой мощности аккумулятора и очень долгой его перезарядке. Добиться высокой скорости работы серного катода ученым удалось, применив нанотехнологический подход с использованием пористого углеродного материала, обладающего высокой электропроводностью.

Метод производства катода заключается в заливке расплавленной серы в поры структуры, построенной из стержней пористого углерода толщиной всего в 6,5 нанометров. Эти стержни в структуре разделены пустыми капиллярами толщиной 3-4 нанометра. Расплавленная сера при заливке под действием капиллярных сил засасывается в капилляры сама собой, где затвердевает после охлаждения. В результате такого процесса сера равномерно распределяется по структуре из углерода, что позволяет достичь чрезвычайно большой площади контакта между электропроводящей углеродной структурой и диэлектрической серой.

"Этот композитный материал обладает емкостью по отношению к ионам лития, составляющей 80% от емкости чистой серы, что в три раза превышает емкость катодов литиевых аккумуляторов, используемых в настоящее время. При этом электрод обладает стабильностью и большой скоростью работы", - утверждает Назар.

По словам ученых, продемонстрированный подход к созданию композитных материалов может найти применение в ряде других областей науки и технологий.

E-NEWS