Скорость и поглощение — ключ к оптимизации литий-серных батарей

Исследователи из Окинавского научно-технического института (OIST) смогли добиться существенного прогресса в оптимизации высокоперспективного перезаряжаемого источника энергии — литий-серных батарей. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Литий-серные батареи могут хранить больше энергии, чем литий-ионные, которые имеются в продаже. Основное препятствие для коммерциализации литий-серных технологий, заключается в том, что промежуточный продукт — полисульфид лития (Li₂S_x, 4 < x ≤ 8) — медленно преобразуется в конечные продукты в процессе разрядки. Если происходит накопление полисульфидов в электролите, это ухудшает характеристики батареи и ведёт к значительному сокращению её срока службы.

Чтобы оптимизировать работу батарей, полисульфиды требуется как можно быстрее превратить в конечный продукт — Li₂S₂ или Li₂S. Исследователи OIST создали структуру, которая может ускорить эту реакцию и поглощать нежелательные полисульфиды.

Для этого они использовали каркас углеродных нанотрубок (CNT) и покрыли его слоем TiN-TiO₂. Нитрид титана действовал как поглотитель любых полисульфидов, тогда как TiO₂ ускорял их превращение в конечные продукты.

Чтобы добиться максимальной эффективность батареи, исследователи работали в наномасштабе. Они обнаружили, что наилучший результат даёт использование 10-нанометрового слоя TiN и 5-нанометрового слоя TiO₂.

Благодаря абсорбции полисульфидов и ускорению всего процесса производительность батарей значительно улучшилась. Это привело к сокращению времени зарядки, увеличению срока работы между перезарядками и удлинению общего срока эксплуатации. В лабораторных испытаниях эффективность модифицированной литий-серной батареи практически не ухудшилась даже после 200 циклов перезарядки.

«Мы продолжим дальнейшую оптимизацию материалов для повышения её производительности, — сказал профессор Ябин Ци (Yabing Qi), старший автор исследования и руководитель отдела в OIST. — Это действительно многообещающая и захватывающая технология».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365