Перспективи акумуляторних технологій в електромобілях: чому сірчані батареї зможуть витіснити літій-іонні (фото)

Звичні літій-іонні акумулятори вичерпують свої можливості, тому виробники активно досліджують нові, більш ефективні, економічні та екологічно чисті варіанти. Літій-сірчані акумулятори (Li-S) наразі є головними претендентами на звання нового стандарту в цій галузі.

Ця технологія може забезпечити теоретичну енергетичну щільність до 2600 Вт-год/кг, що приблизно в п'ять разів перевищує показники літій-іонних батарей. Додатково, сірка є одним з найбільш розповсюджених елементів на нашій планеті і часто виступає як недорогий побічний продукт у процесі нафтопереробки, повідомляє Highstar.

Плюси

На відміну від літій-іонних акумуляторів, у яких іони просто переміщуються між шарами матеріалів (процес інтеркаляції), літій-сірчані батареї залучають до справи повноцінну хімічну реакцію. Під час розряджання літій взаємодіє із сіркою, в результаті чого формується літій-сульфід і вивільняється енергія. Кожен атом сірки може взаємодіяти з двома іонами літію, тоді як у традиційних акумуляторах на один атом припадає менше одного іона. Це забезпечує значний приріст ємності. Крім того, такі батареї мають меншу вагу, що є критично важливим для електромобілів та авіаційної промисловості.

Окрім значної енергетичної щільності, літій-сірчані акумулятори відзначаються вигідною вартістю та екологічною безпекою. Вони не потребують використання дорогих і проблематичних матеріалів, таких як кобальт або нікель. Виробничий процес таких батарей може зменшити вуглецевий слід до 60%. Також варто зазначити, що безпека цих акумуляторів знаходиться на високому рівні: сірчаний катод не здатний до загоряння, що суттєво знижує ризик теплового розгону.

Проте, ця технологія ще далеко не досконала. Основною перешкодою для її широкого впровадження є феномен, відомий як "полісульфідний човниковий ефект". У ході роботи, проміжні продукти реакції потрапляють у електроліт і переміщуються між електродами, що спричиняє небажані реакції. Це, в свою чергу, призводить до швидкої втрати ємності та саморозряду.

Через це ресурс літій-сірчаних батарей поки що обмежений 300-500 циклами, тоді як літій-іонні витримують понад 1000. Також сірка погано проводить електрику, і під час розряду вона розширюється в об'ємі до 80%, що може механічно руйнувати структуру батареї.

Перспективи реалізації

Попри всі виклики, розвиток триває стрімко. Такі компанії, як Lyten і Zeta Energy, активно займаються створенням комерційних прототипів і готуються до відкриття виробництв. Прогнозується, що літій-сірчані акумулятори з'являться в комерційних електромобілях вже до 2028-2030 років, а в дронах і спеціалізованій техніці — ще раніше.

Раніше з'являлися повідомлення про те, що акумулятори для електромобілів стануть "непотоплюваними". Хоча літієві акумулятори вже активно використовуються в багатьох пристроях побутової електроніки, вони мають серйозний недолік — схильність до займання. Проте, здається, що незабаром це питання буде вирішено.