Литий-серные (Li-S) аккумуляторы на смену литий-ионным

Литий-серные (Li-S) аккумуляторы на смену литий-ионным

Не для кого не секрет, что сегодня литий-ионные источники питания заполонили весь мир. Но, не всё так просто с ними получается. Разработчики создают большое количество индивидуального электротранспорта оборудованного Li-ion батареями, только вот минералы и металлы из которых состоит литий-ионный аккумулятор — не бесконечны. Хочешь не хочешь, а альтернативы нужно искать в ускоренном темпе, ведь любая сказка рано или поздно заканчивается. Естественно, учёные работают над этим вопросом не покладая рук и результаты уже есть.

В этой теме я хочу обсудить новую разработку, которая со временем должна потеснить традиционный литий-ион. Речь пойдёт о литий-серных (Li-S) электронакопителях.

Мировой общественности они были представлены в 2004 году, а отвечала за данное мероприятие фирма Sion Power. Уже тогда Li-S обыгрывали своих литий-ионных собратьев по некоторым параметрам. Литий-серные электроаккумуляторы могут хранить в шесть раз больше энергии, чем Li-ion при таком же весе.

А вот ещё одно преимущество: объёмы серы на нашей Земле-Матушке не малые, она занимает шестнадцатое место по распространённости. А вот по сроку службы сера подкачала: производительность Li-S тает на глазах, из-за цикла набухания и сжатия, когда мощный электронакопитель подвергается зарядке-разрядке.

monash-uni.jpg

Совершенствовать данное оборудование взялась команда из Университета Монаш, которую возглавляет Махдохт Шайбани. Так вот, с описанной выше проблемой коллектив единомышленников справился таким образом: специалисты разработали «связующее» с сетью, которая оставляет много места для расширения аккумулятора в процессе заряда. Обычный связующий агент, но изготовленный иначе, формирует сверхпрочные связи между углеродной матрицей и частицами серы.

Проведённые тесты весьма порадовали учёных. Поле двух сотен циклов зарядки-разрядки, источник питания сохранял эффективность заряда-разряда на уровне 99%. Профессора также сделали акцент на том, что это лучший результат на сегодняшний день для таких ёмких электродов.

Литий-серные накопитель новой генерации могут выдержать около 1500 процедур перезарядки без значительной утраты ёмкости. Большинство же литий-ионных АКБ теряют до 20% ёмкости уже при 600 циклах. Такой Li-S аккумулятор обслуживающий смартфон, мог бы держать заряд в течение пяти дней, а электрокар с таким источником энергии мог бы преодолеть более 1000 километров.

До сих пор литий-серные накопители были не практичными — их химия сыграла с ними злую шутку. Дело в том, что она даёт возможность таким устройствам накапливать столько энергии, что батарейка просто начинает физически разламываться под таким напряжением. Однако несмотря на это, уже сейчас создан новый дизайн для этих девайсов, позволяющий заряжаться и разряжаться сотни раз без последствий для АКБ.

В производстве такая система не сложная и не дорогостоящая. Ребята скажем так целеустремлённые, поэтому взяли курс на создание коммерческого продукта в ближайшее время. Конечно, никто не может на 100% предугадать результат, однако эксперименты говорят о том, что у коллектива дело должно выгореть.

Проблемы литий-ионных аккумуляторов

394546-trois-pionniers-des-batteries-au-lithium-gagnent-un-nobel.jpg

Без сомнений, Li-ion электронакопители в значительной степени поменяли окружающий нас мир. Они позволяют хранить большое количество энергии в перезаряжаемом, портативном формате. Без таких технологий, среднестатистический юзер не имел бы возможности полноценно пользоваться смартфонами и другими персональными электронными изделиями. Пионеры литий-ионной технологии в 2019 году удостоились Нобелевской премии по химии, что только подтвердило их выдающийся успех.

Однако проблема Li-ion в том, что по мере постепенного отхождения общества от ископаемого топлива, будут нужны новые технические решения для хранения энергии, для поддержки производства возобновляемой электроэнергии, для электрифицированных автомобилей, а также других потребностей.

Литий-ионные электронакопители нуждаются в наличии минералов, таких как редкоземельные металлы, никель и кобальт. Именно из них изготавливаются плюсовые электроды Li-ion батарей. Этих материалов на рынке не так уж и много, как это может показаться некоторым несведущим гражданам. На данные, относительно дорогие материалы цены растут постоянно, а их добыча часто сопряжена со значительными экологическими и социальными издержками.

Отраслевые инсайдеры утверждали, что серьёзную нехватку главных материалов можно будет наблюдать уже в ближайшем будущем. Возможно, это случится в 2022 году — сами понимаете, ждать осталось недолго!

Ситуация с серой

sera.jpg

Она довольно распространена в природе, стоит не дорого, а энергии при этом может сохранять гораздо больше. Если говорить более конкретно, то сера является шестнадцатым элементом среди самых распространённых на нашей планете. Ежегодно, шахтёры добывают примерно 70 млн тонн этого вещества. Такие объёмы добычи делают серу идеальным ингредиентом для источников питания, если целью является максимальное их распространение.

Кроме того, Li-S имеют другую разновидность химической реакции, а это даёт то, что способность накапливать энергию у таких аккумуляторов намного больше, чем у Li-ion. В Li-S АКБ энергия сохраняется, когда положительно заряженные ионы лития поглощаются электродом, изготовленным из частиц серы в углеродной матрице, удерживаемой вместе с полимерным связующим. Солидная ёмкость запоминающего устройства означает, что электрод будет распухать до почти двойного своего размера, когда заряжен на сто процентов.

Цикл набухания и уменьшения по мере заряда и разряда аккумуляторной батареи, приводит к прогрессирующей потере сцепления частиц и постоянному искажению углеродной матрицы и полимерного связующего. Сама углеродная масса является очень важной составляющей источника энергии. Она доставляет электроны к изолирующей сере, а полимер в свою очередь, отвечает за склеивание углерода и серы. Если они искажены, пути для электронов, чтобы иметь возможность двигаться через электрод, разрушаются и производительность АКБ начинает падать в ускоренном режиме.

screenshot-2020-11-18-scale-2400-izobrazhenie-webp-725-1024-pikselov-masshtabirovannoe-47.png

КТ-сканирование одного из серных электродов демонстрирует открытую структуру, позволяющую частицам расширяться по мере их зарядки.

Традиционный способ производства аккумуляторных батарей, образует непрерывную плотную сеть связующего вещества поперёк основной массы электрода. Она не оставляет значительного свободного пространства для движения. Такой способ пригоден для Li-ion батареек, а вот для серы пришлось специально разрабатывать новый метод.

Чтобы достичь максимальной простоты устройства и удешевления, нужно использовать в качестве связующего тот же материал, только обрабатывать иначе. Итогом будет являться паутинная сеть связующего, удерживающая частицы вместе, но также оставляющая большой объём места для расширения материала.

Такие устойчивые к расширению электроды могут эффективно приспосабливаться к циклическим напряжениям, давая возможность частицам серы жить до полной ёмкости накопления энергии.

Заключение

Ясное дело, технический прогресс на месте стоять не будет и это не просто прихоть маркетологов — это вынужденная мера, которая неизбежна. Все ресурсы, какими бы значительными они не были, рано или поздно заканчиваются, поэтому нужно искать выход из сложившейся ситуации. Разработчики стараются изо всех сил, но иногда их потуги заканчиваются неудачами. Среднестатистическим пользователям остаётся только надеяться на то, что сера в будущем станет одним из лучших решений и достойно заменит традиционный литий-ион.

75
Поделиться:
RSS
16:27

А мы всё тотальной электрификации транспорта ожидаем — тут скоро литий-ионные АКБ не из чего будет лепить!))) А вот сера конечно обширна и не дорогая, осталось только технологию окончательно до ума довести и можно дальше радоваться жизни!

Загрузка...
Этот сайт использует файлы cookies, чтобы облегчить вам пользование нашим веб-сайтом. Продолжая использовать этот веб-сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies. Подробнее о том, как мы пользуемся файлами cookies и как ими управлять, вы можете узнать нажав на ссылку ниже.

Популярные обсуждения

Alectro
Автор: Alectro
Создана: 1 июня 2019 в 13:16
Раздел: Nissan
Сообщений в теме: 22
Просмотров: 21904
Иван Козар
Автор: Иван Козар
Создана: 29 июня 2019 в 10:29
Сообщений в теме: 26
Просмотров: 3553
Alectro
Автор: Alectro
Создана: 20 августа 2019 в 09:35
Сообщений в теме: 10
Просмотров: 3294

Похожие статьи

Все, что вам нужно знать о литий-ионных батареях Tesla
Автомобили Tesla приводятся в действие исключительно электрическим зарядом, хранящимся в батареях, и называются Battery Electric Vehicles или BEV.
Аккумуляторы для электровелосипеда: литиевые против свинцово-кислотных
Когда дело доходит до аккумуляторов для электрических велосипедов, у вас есть два основных варианта: литиевые аккумуляторы и свинцово-кислотные аккумуляторы. Конечно, есть несколько других типов батарей, но основными двумя типами, которые вы увидите ...
Как проверить ёмкость литий-ионного аккумулятора формата 18650 с помощью мультиметра?
Никто не спорит, китайцы в огромнейших объёмах производят продукцию доступную широким массам. Но, как же нам всем надоели фейковые технические характеристики китайской аппаратуры относящейся к любой ценовой категории! Да, правда часто бывает неприятн...
Как выбрать качественную литий-ионную АКБ и как обманывают продавцы литий-ионных батарей? (Часть 2)
Конечно, в первой части было много полезной информации, но это ещё не всё — во второй, заключительной, её будет не меньше!  

Последние новости

NewsNaToke 1 день назад
Новые байки от Ducati — электровелосипеды для бездорожья
Не успели велосипедисты объездить хардкорную MIG-RR от бренда Ducati, как производитель готовит три новых байка с двигателями Shimano.
NewsNaToke 3 дня назад
Tritium представляет масштабируемую платформу для зарядки электромобилей
Tritium заявляет, что разработали первую платформу для создания масштабируемых сетей зарядки электромобилей в любой точке мира — Modular Scalable Charging (MSC). Другая новинка — зарядное устройство нового поколения RTM75 DC Fast Charger.
NewsNaToke 5 дней назад
Allant +5 — новый универсал от Trek на 2021 год
Trek предлагает новинку 2021 — электровелосипед Allant +5. Велосипед предназначен для ежедневных поездок между домом и работой, а также для прогулок по гравийным дорожкам. Главная отличительная черта — удивительно лёгкий вес.
aKa.Ka3aK 5 дней назад
Honda E стала первым японским автомобилем, выигравшим премию "Немецкий автомобиль года"
Победителя определяет жюри из ведущих немецких автомобильных журналистов.