Tím vedcov z univerzity v americkom Michigane prichádza s novým revolučným objavom. Podarilo sa mu vytvoriť novú generáciu lítiovo-sírovej batérie, a to za použitia recyklovaného kevlaru, čo je materiál obsiahnutý napríklad v nepriestrelných vestách. Aké výhody dokáže tento nový typ akumulátora ponúknuť?
Tím vyvinul membránu, ktorá umožňuje opakované nabíjanie batérií, predovšetkým na komerčné účely. Azda najdokonalejšie uplatnenie pre batériu bude v elektrických vozidlách. Lítium-sírová batéria si totižto dokáže ponúknuť až 5-násobne viac energie ako široko používané lítium-iónové batérie, píše AZoCleantech.com.
“Vďaka vysokej teoretickej kapacite 1 675 mAh g-1, šetrnému prístupu k životnému prostrediu a vysokému počtu potenciálnych zdrojov sú lítium-sírové batérie skvelou voľbou v rôznych odvetviach technologického priemyslu, a to elektromobility až po robotiku či letectvo,” tvrdí Nicholas Kotov, profesor chemického inžinierstva z univerzity v Michigane.
Potenciál tohto typu batérie bol doposiaľ značne obmedzený, a to predovšetkým kvôli problémom týkajúcich sa rastu LPS a dendritov, no taktiež aj kvôli rýchlemu vybíjaniu, ktoré sprevádzali vysoké prevádzkové teploty.
Iónová selektivita
Vedci preto chceli nájsť spôsob, ako predĺžiť celkovú životnosť s ohľadom na maximálnu bezpečnosť. Vyrobili membránu z už spomenutého recyklovaného kevlaru, čo im umožnilo vytvoriť sieť aramidových nanovlákien podobnú bunkovej membráne.
K procesu riešenia kľúčových nedostatkov technológie sa mali dostať prostredníctvom integrácie dvoch škál, a to molekulárnej a nanoškály. Po zabránení rastu dendritov sa experti pokúsili prekonať problémy súvisiace s LSP – malé molekuly lítia a síry sa zlučujú, čím prerušujú tok lítia, čo vedie k zníženiu celkovej kapacity batérie.
Nová membrána tak musela zabezpečiť, aby bol tok iónov z lítia do síry a späť neprerušovaný, pričom dôraz mal byť kladený aj na inhibovanie polysulfidov lítia (LSP). Inými slovami, membrána z recyklovaného kevlaru musela preukázať iónovú selektivitu.
Tím na tento účel využil tok LSP. Látky boli zadržané na aramidových nanovláknach, pričom ich záporný náboj odpudzoval ostatné polysulfidové ióny lítia, ktoré sa hromadili na sírovej elektróde. Súčasne sa pritom umožňoval tok kladne nabitých iónov lítia, ktoré následne bez prekážok prechádzali membránou.
Až 10 rokov prevádzky
Vedci veria, že ich postup pri vývoji nového typu batérie umožní jej efektívne použitie na rôzne typy komerčných účelov. Predmetnú membránu si dokonca mali aj patentovať, nakoľko Kotov uvažuje o založení spoločnosti, prostredníctvom ktorej by ju uviedol na trh. Lítiovo-sírové batérie skrývajú obrovský potenciál, nakoľko taktiež dokážu vydržať až 1 000 nabíjacích cyklov. To by bežnému elektromobilu vystačilo na zhruba 10 rokov prevádzky.
Za ďalšiu kľúčovú výhodu, ktorú sme letmo načrtli v predošlých odsekoch, možno považovať pomerne hojný výskyt síry. Samozrejme, zabudnúť nemôžeme ani na využitie recyklácie starých nepriestrelných viest, čo ide ruka v ruke so šetrnejším prístupom k životnému prostrediu.