Rewolucja w akumulatorach. Nadchodzą baterie litowo-siarkowe
Cienkie baterie litowo-siarkowe pozwolą na zwiększenie pojemności akumulatorów bez wzrostu masy i objętości urządzenia. Dzięki zastosowaniu spienionego spoiwa możliwe będzie utrzymanie otwartych mikrokanałów po walcowaniu, co pomoże katodom Li-S kurczyć się bez zamykania przepływu ładunków elektrycznych.
Aktualnie twórcy smartfonów prześcigają się w skutecznym wykorzystaniu baterii krzemowo-węglowej, lecz to baterie litowo-siarkowe mogą być przyszłością branży. Ich szczególną zaletą jest fakt, że mogą pomieścić dużo energii w stosunku do swojej masy, aczkolwiek jest to okupione większymi gabarytami. Na ten moment potrzebują one około 1,5 do 2 razy więcej przestrzeni.
Dodatkowa objętość na ten moment utrudnia ich stosowanie w urządzeniach mobilnych, które co do zasady mają ograniczone miejsce. Dzięki zastosowaniu nowej metody konstrukcji możliwe będzie tworzenie cieńszych akumulatorów litowo-siarkowych, za pomocą zmiany spoiwa. To zasadniczo „klej”, który utrzymuje elektrodę baterii w całości.
Zespół badawczy skondensował ten „lepik” na piankę, przy użyciu materiału na bazie białka. Po wyschnięciu pianka pozostawia w katodzie wiele małych otworów, które przypominają rurki. Można to przyrównać do gąbki z małymi tunelami. Katoda została poddana następnie typowemu procesowi produkcyjnemu zwanemu kalandrowaniem, czyli – upraszczając – przeciśnięciu przez dwa, niemal stykające się walce. Proces ten ma na celu uprasowanie materiału, dla uzyskania większej gęstości i zmniejszenia grubości. Projektanci twierdzą, że nawet po intensywnym „wygładzeniu” drobne tunele nie uległy zniszczeniu, a katoda stała się prawie trzykrotnie cieńsza.
W bateriach litowo-siarkowych kluczowe jest zachowanie małych otworów
Niewielkie szczeliny mają fundamentalne znaczenie, bowiem ułatwiają baterii przepuszczanie energii przez katodę podczas pracy. Jeśli wszystko zostałoby zbyt mocno ściśnięte, przepływ ulega spowolnieniu, a wydajność spada.
Jest to poważny problem w przypadku konstrukcji litowo-siarkowych. Ściskanie katody często niszczy przestrzeń wewnątrz, która pomagałaby baterii działać prawidłowo. W tym przypadku struktura wykonana z pianki ma działać jak wbudowane wsparcie, dzięki czemu można kompresować katodę, nie blokując przepływu energii.
Więcej naukowych tematów przeczytasz na łamach Spider'sWeb:
Po zlikwidowaniu problemu z objętością baterii udowodniono, że katoda zachowała wysoką pojemność i naładowała się w około 15 minut, co jest najważniejszym testem wydajnościowym szybkiego ładowania, przy którym słabe konstrukcje szybko zawodzą.
Co ważne, naukowcy nie podali kilka kluczowych dla akumulatorów informacji, które umożliwiłby porównanie tego rozwiązania z innymi projektami. Chodzi m.in. o czas działania po wielokrotnym ładowaniu czy odporność temperaturową. Badacze zaznaczyli tylko, że przy użyciu tej nowatorskiej metody będzie można podwoić wydajność baterii litowo-siarkowych, przy wykorzystaniu podobnej przestrzeni, co eliminowałoby główny powód, przez który ogniwa Li-S były niepraktyczne. Dzięki temu mogłyby znaleźć zastosowanie w urządzeniach mobilnych.
Zespół uczonych twierdzi, że wciąż dąży do większej efektywności, lecz nie podano jeszcze dokładnego harmonogramu ani szacunkowej daty premiery gotowego produktu. Siłą rzeczy, konieczne jest uzyskanie powtarzalnych wyników i zaprojektowanie odpowiedniego, pełnoskalowego procesu produkcyjnego, nim gotowy wyrób trafi na rynek.
