Версия для слабовидящих
Литий-серные батареи достигли рекордной живучести Печать Email
Новости науки
21.11.2013
В Лоуренсовской национальной лаборатории в Беркли (США) продемонстрирован образец литий-серной батареи с ёмкостью, вдвое превышающей показатель обычного литий-ионного аккумулятора и при этом способной пережить 1 500 циклов зарядки-разрядки с умеренной потерей своих качеств. Говоря проще, это самая живучая батарея изо всех когда-либо созданных.

Сегодня литий-ионные батареи с их 200 Вт•ч/кг достигли некоего равновесия: этого уже достаточно, чтобы дорогие электромобили а-ля Tesla Model S прогуливались по 400–500 км, но ещё мало, чтобы их аналоги «дешевле $100 тыс.» радовали нас чем-то подобным.

Элтон Кэйрнс и Ко специально разработали для своего катода серо-графеновый оксид (S-GO). (Здесь и ниже иллюстрации Berkeley Lab.)


То есть пока теснить обычных производителей у «электроников» получается только в премиальном сегменте. Скажем, в Калифорнии они побили по продажам уже с десяток дорогих автобрендов. Но есть ясное понимание: пока ёмкость не дойдёт хотя бы до 350–400 Вт•ч/кг, ничего не изменится, электроавто так и останутся яппи-уделом. Более того, просто «нагнать ёмкости» будет мало — литий-воздушные батареи добились и не такого, да только для начала разговора с автоиндустрией нужна ещё живучесть, и здесь даже тысяча циклов не повод для самоуспокоения. Что вы сказали бы про авто с дальностью 500 км и потолком в 500 циклов зарядки-разрядки? «Не хотите менять батареи (ценой с обычную бюджетную машинку) чаще самого электромобиля»? А это вероятно: формальное перемножение километров пробега на циклы здесь мало помогает, ведь рекуперативное торможение и неполная зарядка-разрядка плюс зима могут укоротить общий пробег до замены аккумуляторов на 20% от расчётного.

Да, и это не упоминая того, что нынешние литиевые батареи всё равно получаются тяжёлыми, и даже у Tesla электромобиль приличной дальности весит за две тонны (и то за счёт недешёвого и энергоёмкого в производстве алюминия)... Опять же, две тонны — это гарантия высокого расхода на километр: 20 кВт•ч на 100 км пробега считается лучшей экономичностью для дальних электроавто. Само собой, их собратья с более компактными батареями (на 160 км) тратят меньше — обычно около 12–14 кВт•ч на сотню. Будь аккумуляторная ёмкость электрических легковых «дальнобоев» вдвое выше, их энергопотребление тоже могло занимательно сократиться, снижая требования к той же ёмкости (да, спираль экономичности).

Так вот, группа Элтона Кэйрнса (Elton Cairns) из Национальной лаборатории Лоуренса обратила внимание именно на литий-серную альтернативу, и причин тому много. «КЛ» не раз подчёркивала: лития, добываемого по сегодняшним технологиям, мало; он, например, щедрее всего рассыпан в такой стране с образцово-стабильной и эффективной экономикой, как Афганистан. Массовая электромиграция способна короновать литий как Новую Нефть (со всеми вытекающими военными последствиями), а ведь мирэкономика ещё от углеводородных войн толком не отдохнула. Сера, частично заменяющая лёгкий металл, резко снизит остроту проблемы в будущем, вот только расширение и сжатие материалов батареи при работе ведёт к тому, что серные частицы со временем изолируются от электродов, прекращая отдавать им запасённую энергию.

Именно поэтому г-н Кэйрнс и компания применили бутадиен-стирольные каучуки (точнее — связующее на их основе) для придания эластичности материалу катода литий-серной батареи. Кроме того, в ход пошёл и новый состав поверхностно-активного вещества, а также внедрён новый электролит на основе ионной жидкости, в которой не растворяются полисульфиды (как это бывало в литий-серных батареях, со временем терявших свой функционал). Важно и то, что ионная жидкость не горит и почти не испаряется, а именно электролит часто становится головной болью по имени «безопасность» у самых-самых аккумуляторов.

Деградация батареи — всего 0,039% на каждый цикл. Рекорд живучести для литий-серных аккумуляторов!


Что в итоге? Создана батарея с начальной ёмкостью, превышающей 500 Вт•ч/кг, то есть такая, которая обеспечит дальность лучшей модификации Tesla Model S при массе всего в 160 кг! Определённо, такое электроавто наконец-то серьёзно сбросит вес, сохранив 400–500 км разового пробега, а также снизит энергозатраты (за счёт меньшего веса).

Со временем ёмкость экспериментальной литий-серной батареи, разумеется, снижалась, но и через 1 500 циклов превышала 300 Вт•кг. Даже с таким показателем 200-килограммовой батареи с лихвой хватит для 500-километрового электроудара по бездорожью. Да и, строго говоря, доездиться до 1 500-й заправки сможет не каждый автовладелец: у обычного человека на это уйдут десятки лет.

Как со стоимостью? Сера не только безопаснее, но и дешевле лития, а также широко-повсеместно распространена. Оттого разработчики в поте лица ищут промышленных партнёров, заинтересованных в доводке и коммерциализации их детища. Хотя трудов в этой части истории предстоит ещё ого-го, желающие непременно найдутся.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/tehnika/devices/10010188/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта