При создании аккумуляторных батарей нового поколения исследователи из Кембриджского университета вернулись за вдохновением к биологии. Это большой шаг к литий-серным аккумуляторам.

Технология литий-серных аккумуляторов имеет потенциал, она могла бы обеспечить в пять раз больше количества запасённой энергии на единицу веса выбросов литий-иона, используемого сегодня. Но аккумуляторы, сделанные при помощи материалов, имеющих тенденцию к малому существованию, имеют активный материал, который теряется во время повторяющегося цикла зарядки-перезарядки. Команда ученых добавила тонкий слой материала.

Что ставит технику литий-серного аккумулятора на первое место?

Обычный литий-ионный аккумулятор сделан из отрицательного электрода, названного анодом (часто сделанного из графита), положительного электрода, названного катодом (обычно литированный оксид кобальта), и электролита, помещенного между ними. Заряженные ионы, двигающиеся между двумя электродами, — это то, что заряжает и разряжает аккумулятор, но этот союз анода и катода ограничивает электроемкость устройства. Атомы углерода, обнаруженные в графитовом стержне, например, могут содержать всего шесть литий-ионов.

В литий-ионных аккумуляторах графитовый анод действует как место для хранения литий-ионов до того, как они пройдут через электролиты к катоду. В литий-серных аккумуляторах это замещается небольшим количеством чистого лития, который действует и как поставщик литий-ионов, и как сам электрод. Он сжимается, когда аккумулятор разряжается, и обновляется во время зарядки. Кроме того, сера используется в качестве замены для металлооксидного катода.

Когда аккумулятор разряжен, взаимодействие между элементами лития и серы приводит к возникновению цепочечных структур, называемых полисульфидами. Чем больше аккумулятор заряжается и разряжается, тем больше это происходит, и полисульфиды могут потеряться в электролите. Эта постепенная потеря активного материала означает, что чем больше аккумулятор используется, тем меньше его емкость.

Исследователи черпали вдохновение из пальцеподобных выступов в кишечнике человека, называемых ворсинками. В биологии ворсинки увеличивают площадь поверхности кишечника, а также помогают в поглощении продуктов пищеварения.

Исследователи создали слой крошечных проводов оксида цинка, которые имитируют структуру ворсинок, и поместили их на поверхность катода литий-серного аккумулятора. При тестировании они обнаружили, что ворсинкоподобный слой проводов сформировал сильные химические связи с полисульфидами, позволяя материалу повторно использоваться. Это значительно увеличивает срок службы аккумулятора.

 

 

Отвтавть комменатрий