Prelomový objav prinesie elektromobily s trojnásobnou kapacitou batérie

V poslednom čase vedci vidia veľký potenciál v batériách s obsahom lítia a síry ako ekologickejšom spôsobe napájania elektromobilov. Nespoliehajú sa totiž na drahé a ťažko dostupné suroviny, ako je napríklad kobalt. Doteraz však túto technológiu brzdili problémy súvisiace so stabilitou. Nedávno inžinieri z Drexelovej univerzity prišli si prelomovým objavom, ktorý podľa nich približuje tieto batérie ku komerčnému využitiu, a to využitím vzácnej chemickej fázy síry, ktorá zabraňuje škodlivým chemickým reakciám.

Lítiovo-sírové batérie sú veľkým prísľubom, pokiaľ ide o skladovanie energie, a to nielen preto, že síry je dostatok, ale môžu takisto ponúknuť výrazný nárast výkonu vďaka schopnosti uskladniť niekoľkokrát viac energie ako dnešné lítiovo-iónové batérie. Vedci však neustále narážajú na problém tvorby chemických zlúčenín nazývaných polysulfidy. Tie sa pri prevádzke batérie dostávajú do elektrolytu, kde vyvolávajú chemické reakcie, ktoré ohrozujú kapacitu a životnosť batérie.

Vedcom sa už podarilo vymeniť uhličitanový elektrolyt za éterový elektrolyt, ktorý s polysulfidmi nereaguje. To však prináša ďalšie problémy, pretože éterový elektrolyt je veľmi prchavý a obsahuje zložky s nízkym bodom varu, čo znamená, že batéria by mohla rýchlo zlyhať alebo sa roztaviť, keby sa zohriala nad izbovú teplotu. Chemickí inžinieri z Drexelovej univerzity pracujú na inom riešení. Začali návrhom novej katódy, ktorá môže pracovať s uhličitanovými elektrolytmi, ktoré sa už komerčne používajú.

Táto katóda je vyrobená z uhlíkových nanovlákien a už predtým sa ukázalo, že spomaľuje pohyb polysulfidov v éterovom elektrolyte. No bolo treba dosiahnuť, aby fungovala aj s uhličitanovým elektrolytom. Vedci sa pokúsili uväzniť síru v sieťke z uhlíkových nanovlákien, aby zabránili nebezpečným chemickým reakciám pomocou techniky nazývanej depozícia z pár. Nemalo to celkom želaný účinok, ale ukázalo sa, že síra sa vykryštalizovala neočakávaným spôsobom a zmenila sa na niečo, čo sa nazýva monoklinická (jednoklonná) gama fáza síry.

Je to mierne zmenená forma prvku, ktorá sa doteraz vyrábala len pri vysokých teplotách v laboratóriu alebo sa pozorovala v ropných vrtoch v prírode. Pre vedcov je výhodné, že nereaguje s uhličitanovým elektrolytom, čím sa odstránilo riziko tvorby polysulfidov. V predchádzajúcich výskumoch bola monoklinická síra nestabilná pri teplote do 95 °C. V niekoľkých starších štúdiách výskumníci vytvorili monoklinickú gama síru, ktorá bola stabilná maximálne 20 až 30 minút.

„My sme ju však vytvorili v katóde, ktorá prešla tisíckami cyklov nabíjania a vybíjania bez zníženia výkonu, a o rok neskôr naše skúmanie ukázalo, že chemická fáza zostala rovnaká,“ povedal Rahul Pai, spoluautor výskumu. Katóda zostala stabilná počas ročného testovania a po 4000 cykloch nabíjania a vybíjania, čo podľa vedcov zodpovedá 10 rokom bežného používania. Prototyp batérie, ktorý tím vyrobil, ponúkal trojnásobnú kapacitu v porovnaní so štandardnou lítiovo-iónovou batériou. Výskum bol uverejnený v časopise Nature Communications Chemistry.

Zdroj: newatlas.com.