Литий-серные аккумуляторы перспективны благодаря своей высокой энергоемкости и дешевизне и могут в будущем заменить литий-ионные. Однако широкому распространению литий-серной архитектуры препятствует быстрое снижение мощности. Это связано с нежелательным побочным продуктом — полисульфидами, которые образуются во время циклов зарядки и разрядки. Полисульфиды растворяются и мигрируют, ухудшая характеристики аккумулятора и сокращая срок его службы.
Недавно разработанный материал на основе ковалентных органических каркасов предлагает решение этой проблемы, активно улавливая и повторно используя эти полисульфиды. По сравнению с предыдущими разработками, он содержит специфические «радикалы» (молекулы с неспаренными электронами), которые действуют как крошечные катализаторы, рассказывает EurekAlert.
Команда выяснила механизм действия материала с помощью серии экспериментов, включая спектроскопию твердотельного ядерного магнитного резонанса (ТЯМР), спектроскопию электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и теоретические расчеты. Они выяснили, что радикалы обеспечивают высокоэффективную химическую реакцию в порах нового материала. Пойманные в порах полисульфиды преобразуются обратно в пригодную для использования серу. Это, в конечном итоге, предотвращает сокращение срока службы аккумулятора.
Результаты показали, что новый материал повышает производительность литий-серных аккумуляторов, позволяя им выдерживать более 1500 циклов с минимальной потерей емкости: всего 0,027% за цикл. Такой уровень долговечности, превышающий типичный для этих аккумуляторов порог в 1000 циклов, прежде, при использовании аналогичных органических катализаторов, не достигался.
Эта разработка может найти применение в аккумуляторах для электрических автомобилей и самолетов. По мнению ученых, у разработки имеется большой потенциал для совершенствования за счет адаптации радикалов к индивидуальным требованиям заказчика.
Литий-серные аккумуляторы обещают больший запас хода, ускоренную зарядку, высокую безопасность и более низкую стоимость по сравнению с литий-ионными батареями, но их внедрение сдерживает одно главное препятствие: они слишком быстро приходят в негодность. Исследователи из Норвегии считают, что им удалось решить эту проблему.
