Леонид Попов,

Новая работа открывает новые возможности для развития редкого типа батарей, который может похвастать удивительной ёмкостью, но при этом очень недолговечен.
 
Команда учёных из Стэндфорда (Stanford University) озаботилась проблемой выносливости литиево-серных аккумуляторов. Этот тип источника тока уже достиг ёмкости в 350 ватт-часов на килограмм, а в перспективе может еще нарастить данный показатель, по некоторым оценкам, до 600 вт-ч/кг.
 
Вверху — подготовка суспензии графена и наночастиц сажи, внизу — создание частиц
Вверху — подготовка суспензии графена и наночастиц сажи, внизу — создание частиц "сера плюс полимер" (сера показана жёлтым цветом), правее — получение композитных микронных шариков "сера-графен-полимер" (иллюстрация Hailang Wang, et al./American Chemical
Для сравнения, удельная ёмкость литиево-ионных ячеек лежит в пределах 100-250 вт-ч/кг, при этом батареи действительно больших вместимости и мощности (для электромобилей) располагаются ближе к нижней границе данного диапазона.
 
Таким образом, серные аккумуляторы равного веса могли бы нарастить пробег электрокаров в 2-3 раза. К сожалению, полисульфиды, формирующиеся в процессе разряда таких батарей, частично растворяются в электролите, что приводит к быстрой потере активной массы серы и падению ёмкости устройства. Потому ячейки Li-S пока нашли лишь ограниченное применение, например, они установлены на рекордном солнечном беспилотнике.
 
Исследователи из Стэндфорда покрыли субмикронные частицы серы слоем полиэтиленгликоля, который удерживает полисульфиды в ловушке. Далее эти частицы снабдили ещё одним покрытием из лепестков частично окисленного графена, украшенных к тому же наночастицами сажи.
 
Графен решил сразу несколько проблем. Он послужил дополнительной защитой, предотвращающей потерю серы электродом, вместе с полиэтиленгликолем помог создать эластичный буферный слой, позволяющий серной микросфере изменяться в объёме по мере разряда и заряда, наконец, напару с сажей графен повысил электропроводность материала.
 
Полученный таким образом катод показал, что способен поддерживать свою удельную ёмкость на уровне около 550-600 миллиампер-часов на грамм в течение более чем 100 циклов. (Детали опытов можно найти в статье в Nano Letters.)

Правда технология оказалась сырой. Несколько изготовленных таким способом электродов продемонстрировали большой разброс в параметрах. Лучшие из катодов после ста циклов потеряли всего 10-15% от исходной ёмкости, а самые неудачные экземпляры – до 25%.
 
Тем не менее даже эти числа — уже огромный шаг вперёд на пути превращения батарей Li-S из экзотики в изделия, пригодные для массового применения. Ведь ранние образцы литиево-серных аккумуляторов приходили в полную негодность и вовсе после всего-то 60 циклов заряд-разряд.
{banner_819}{banner_825}
-15%
-23%
-35%
-50%
-10%
-51%
-10%