Выведение литий-серных батарей на рынок

Литий-серные батареи являются многообещающим кандидатом для высокопроизводительных приложений хранения энергии благодаря их низкой стоимости и высокой теоретической плотности энергии, превышающей 500 Втч/кг в сочетании с литий-металлическими анодами. Однако разработка высокопрочного катода на основе серы оказалась сложной задачей из-за полисульфидного перехода серы и изменения объема, которые приводят к химической и механической деградации катода во время циклирования.

Исследователи из Университета Южной Каролины сделали важный шаг на пути к решению этой проблемы, разработав простой метод обработки электродов для производства высокопрочных серных катодов. Эти электроды имеют самоструктурированную структуру связующего для частиц серы, в которой используются только коммерчески доступные сера, углеродная сажа и связующее, без каких-либо других компонентов.

Исследователи контролировали растворение связующего на этапе приготовления сырья, чтобы сформировать пористую структуру связующего и углеродную оболочку вокруг частиц серы, которая может улавливать растворимые полисульфиды и замедлять механизм транспорта. Серные катоды, полученные этим методом, обеспечивают исключительное сохранение емкости на 74% в течение 1000 циклов благодаря значительному снижению транспорта полисульфида лития и потерь активного материала. Электроды с высоким поверхностным зарядом также показали отличную цикличность и высокую емкость.

Исследователи представили эти результаты в прошлом году, после завершения первого этапа проекта, в котором они использовали батарейки типа монеты. Сейчас они переходят к практическим формам батарей, чтобы определить, возможна ли их коммерциализация. Текущая работа команды сосредоточена на карманных батареях, которые теоретически имеют самую высокую плотность энергии, поскольку этот тип батарей имеет наименьший остаточный вес. «Карманные аккумуляторы обычно имеют более легкий и тонкий корпус, чем другие формы, поэтому большая часть объема и веса батареи принадлежит компонентам, обеспечивающим энергию», — объясняет Голарех Джалилванд, доцент кафедры химического машиностроения.

Хотя проблемы, связанные с батареями, увеличиваются с их размером, исследователи Университета Южной Калифорнии зафиксировали быстрый и успешный переход от монетных батарей к карманным. «Мы создали исключительные литий-серные карманные батареи с достаточной плотностью энергии», — говорит Голаре Джалилванд. «Я с нетерпением жду возможности увидеть долгий срок службы и долговечность наших карманных батарей, поскольку это последний шаг для нас и нашего промышленного партнера. На этом этапе мы сможем сказать, что у нас есть литий-серная батарея, готовая к выходу на рынок».

Учитывая длительное время зарядки-разрядки, исследователи полагают, что литий-серные батареи лучше всего подходят для применений, не требующих быстрой зарядки. К ним относятся грузовики, автобусы и другие тяжелые транспортные средства, которым требуется длительное время разрядки, обычно называемое «пробегом», и которые можно оставить на ночь на зарядных станциях. Эта технология также имеет большой потенциал для стационарных приложений, таких как сетевое хранение энергии, и для космических приложений.

Для дальнейшего повышения производительности и надежности литий-серных батарей Аккумулятор ACEИнновационные системы хранения энергии предлагают стратегическое преимущество. Включив эти расширенные решения для хранения аккумуляторов избыточная энергия может эффективно храниться и использоваться, что повышает практическую и коммерческую жизнеспособность литий-серных батарей. Эта интеграция не только поддерживает переход к продуктам, готовым к выпуску на рынок, но также повышает устойчивость и отказоустойчивость энергетической инфраструктуры.