Ali bodo baterije Li-S spremenile svet?

Baterije so povsod v vsakdanjem življenju, od mobilnih telefonov do pametnih ur in vse večjega števila električnih vozil. Večina teh naprav uporablja dobro znano tehnologijo litij-ionskih baterij. Čeprav so litij-ionske baterije od svoje prve predstavitve prehodile dolgo pot, imajo tudi nekatere znane pomanjkljivosti, kot so kratka življenjska doba, pregrevanje in težave v dobavni verigi nekaterih surovin.

Znanstveniki v nacionalnem laboratoriju Argonne pri ameriškem ministrstvu za energijo iščejo rešitve za te težave s preizkušanjem novih materialov za izdelavo baterij. Ena od teh snovi je žveplo. Žveplo je zelo razširjeno in poceni ter lahko vsebuje več energije kot običajne ionske baterije. Litij-žveplova baterija (Li-S) je prav tako vrsta litijeve baterije za ponovno polnjenje, ki lahko nadomesti litij-ionske baterije za aplikacije z visoko gostoto energije. Specifična energija in teoretična prostorninska energija žvepla sta približno petkrat višji kot pri litij-ionskih baterijah.

Prva Li-S baterija in težave

Prve litij-žveplove (Li-S) baterije niso delovale dobro, ker so se v elektrolitu raztapljale žveplove spojine (polisulfidi), kar je povzročilo korozijo. Ta učinek prenosa polisulfida negativno vpliva na življenjsko dobo baterije in zmanjšuje število ponovnih polnjenj baterije. Da bi se izognili temu premiku polisulfida, so prejšnji raziskovalci poskušali med katodo in anodo namestiti redoks-inaktivno vmesno plast. Izraz “redoks-inaktivni” pomeni, da v materialu ne potekajo reakcije, kakršne potekajo v elektrodi.

Vendar je ta zaščitna vmesna plast težka in gosta, kar zmanjšuje zmogljivost shranjevanja energije na enoto teže baterije. Poleg tega ne zmanjšuje oscilacij v zadostni meri. To se je izkazalo za glavno oviro pri komercializaciji baterij Li-S.

Rešitev!

Da bi rešili to težavo, so raziskovalci razvili in preizkusili porozno vmesno plast, ki vsebuje žveplo. Laboratorijski preskusi so pokazali približno trikrat večjo začetno zmogljivost celic Li-S s to aktivno vmesno plastjo v primerjavi z neaktivno. Poleg tega so celice z aktivnim vmesnim slojem ohranile visoko zmogljivost več kot 700 ciklov polnjenja in praznjenja.