Совершен прорыв в создании литий-серных батарей
Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали мощный, экологически безопасный литий-серный заменитель, который может значительно продлить срок службы батареи. Их работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
«Обычные литий-ионные батареи имеют определенную емкость, — сказал д-р Кеон Чо, профессор материаловедения. «И большинство людей хотят использовать свои телефоны в течение более длительного времени».
Многие пользователи смартфонов знакомы с продолжительностью работы литий-ионных батарей. Батарея в среднем работает один день или меньше и большинство согласится, что было бы более удобно, если бы этот заряд продолжался несколько дней или неделю.
Доктор Чо, а также научный сотрудник д-р Джен Вун Хван, из школы инженерии и компьютерных наук Эрика Джонсона, работали с другими региональными учеными по улучшению литий-серных батарей, которых многие считают эволюцией от литий-ионных батарей.
Литий-серные батареи имеют важные преимущества по сравнению с литий-ионными батареями. По словам Чо, они дешевле в производстве, меньше весят, хранят почти в два раза больше энергии и лучше подходят для окружающей среды.
«Литий-серная батарея — это то, что, по мнению большинства исследовательского сообщества, является следующим поколением батарей», — сказал Чо. «Они имеет емкость примерно в три-пять раз выше, чем литиево-ионные батареи, то есть, если вы привыкли к телефону, рассчитанному на три часа непрерывной работы, вы можете использовать его в течение 9-15 часов с литиево-серной батареей».
Но у литиево-серных батарей существуют определенные проблемы. Сера является плохим электрическим проводником и может стать нестабильной в течение нескольких циклов зарядки и перезарядки. Разрушение электродов является еще одной причиной того, что литий-серные батареи не используются.
Ученые попытались улучшить литий-серные батареи, поставив металл литий на один электрод, а серу — на другой. Однако литий часто является слишком неустойчивым, а сера слишком изоляционной. Ученые обнаружили технологию, которая создала вещество из углеродной нанотрубки, которое создавало большую удельную электропроводность на одном электроде, и наноматериальное покрытие для обеспечения стабильности для другого.
Доктор Чо и другие исследователи обнаружили, что молибден, металлический элемент, который часто используется для укрепления и упрочнения стали, позволяет создать материал, который регулирует толщину покрытия в сочетании с двумя атомами серы, более тонкую, чем шелк паутины. Они обнаружили, что он улучшает стабильность и компенсирует низкую проводимость серы, что позволяет увеличить плотность мощности и сделать литиево-серные батареи более коммерчески жизнеспособными.
«Это то, что все так долго искали», — сказал Чо. «Это прорыв. Мы пытаемся подавить побочные реакции, и создать технологию защиты». «На следующем этапе исследований мы полностью стабилизируем материал и доведем его до практических коммерческих технологий».
Больше информации: Eunho Cha et al. 2D MoS2 as an efficient protective layer for lithium metal anodes in high-performance Li–S batteries, Nature Nanotechnology (2018). DOI: 10.1038/s41565-018-0061-y