В Японии создали литий-серный аккумулятор с 674 Вт·ч/кг
Японские исследователи из Университета Тохоку сообщили о разработке литий-серного аккумулятора с удельной энергоемкостью около 674 Вт·ч/кг. Это заметно выше уровня серийных литий-ионных ячеек, которые обычно находятся в диапазоне около 200-300 Вт·ч/кг. Работа остается лабораторной, до промышленного выпуска здесь еще далеко.
Авторы статьи попытались решить главную проблему литий-серной химии, из-за которой такие батареи десятилетиями не выходят из лабораторий в массовый сегмент. Речь идет об «эффекте полисульфидного шаттла», когда растворимые соединения серы мигрируют между электродами и быстро снижают емкость аккумулятора.
Для этого команда создала гибридный межслойный материал TUS-44 на основе ковалентного органического каркаса и графена. По описанию исследователей, он не только физически задерживает нежелательные частицы, как это делают обычные барьерные слои, но и химически связывает полисульфиды и помогает продолжать электрохимические реакции. За счет этого батарея теряет меньше емкости при циклировании.
В лабораторных тестах элемент с TUS-44 показал начальную емкость 1455,7 мА·ч/г. После 1000 циклов зарядки и разрядки при высокой нагрузке деградация составила около 0,034% на цикл. Исследователи также собрали пакетный аккумулятор, для которого заявили удельную энергоемкость около 674 Вт·ч/кг.
Интерес к литий-серным батареям связан не только с высокой расчетной энергоемкостью, которая в теории может превышать показатели литий-иона в несколько раз, но и с сырьем. Сера дешевле и доступнее никеля, кобальта и части других материалов, используемых в современных тяговых батареях. Поэтому над такой химией работают не только университеты, но и компании вроде Lyten и Theion, которые рассчитывают вывести литий-серные элементы в авиацию, дроны и затем в электромобили.
История у технологии неровная. Британская Oxis Energy, один из самых известных разработчиков литий-серных аккумуляторов, обанкротилась в 2021 году, хотя тоже обещала быстрый выход к серийному производству. Поэтому реальный рубеж для разработки из Тохоку будет не рекорд в лаборатории, а масштабирование: если технология сохранит ресурс и плотность энергии в крупных ячейках, она может заинтересовать сегменты, где каждый килограмм батареи напрямую влияет на дальность полета или пробег.
