Дослідники знайшли спосіб виробляти безпечніші літій-сірчані акумулятори

Дослідники з сінгапурської лабораторії NanoBio (NBL) говорять, що знайшли спосіб виробляти більш стабільні літій-сірчані акумулятори без шкоди для їхньої продуктивності. Це означає, що джерело живлення може потенційно використовуватися в більш широкому діапазоні електронних пристроїв і пристроїв накопичення енергії.

З міркувань безпеки було обмежено використання літієвих акумуляторів в деяких середовищах через їх легко займисті рідкі органічні електроліти, які легко просочувалися. Лабораторний інкубатор, в якому основна увага приділяється використанню нанотехнологій для створення нових матеріалів, знаходиться в державному Агентстві з науки, технологій та досліджень (A * STAR).

NBL зауважує, що рідкі електроліти також залежали від термічно і механічно нестабільних електродних сепараторів. Далі було зазначено, що твердотільні електроліти можуть підвищити безпеку літієвих акумуляторів, але мають поганий контакт електрод/електроліт і обмежену іонну провідність. Це призвело до зниження продуктивності та істотно вузьких місць провідності.

Дослідницька група, в яку входили Айман Абдель-Хамід (Ayman AbdelHamid), Джекі Й. Ін (Jackie Y. Ying) і Чонг Цзян Лян (Cheong Jian Liang), створила напівтвердий електроліт. Він, за словами лабораторії, зменшив ризик витоку і був більш стабільним, ніж рідкі альтернативи.

«Гібридні квазітверді електроліти, що містять як рідкі, так і тверді компоненти, стали практичним компромісом для отримання більш безпечних акумуляторів при збереженні оптимальних параметрів. Однак високий опір твердого компонента, поки що, має обмежені характеристики таких акумуляторів. Щоб подолати це, ми наново розробили мікроструктуру твердого компонента. Наше рішення усуває витік електроліту і є термічно та механічно стабільним».

Джекі Й. Ін,
очолює дослідницьку групу NBL

Літій-сірчані акумулятори
без шкоди для продуктивності

Його гібридний квазітвердий електроліт містить рідку пористу мембрану, виготовлену з листів Li7La3Zr2O12 (LLZO), які були обрані через високу іонну провідність, а також хорошу хімічну і електрохімічну стабільність. Нежорстка форма електроліту також дозволяє йому мати хороший контакт з електродами і захищає від розтріскування під час обробки і збірки акумулятора.

Напівтвердий електроліт також здатний зберігати свою стабільність в широкому діапазоні напруг, що дозволяє використовувати його з різними матеріалами електродів літієвих акумуляторів, такими як катоди високої напруги.

Дослідники NBL також розробили метод виготовлення листів LLZO для формування 3D-каркаса для електроліту. Цей одностадійний процес отримав назву метод «кексу». Він включає розчинення металевих прекурсорів та сахарози у воді, які потім поміщають в попередньо запрограмовану піч. Розчин нагрівають для утворення коричневого «кексу» всередині печі і нагрівають при високій температурі для формування листів LLZO.

Згідно з NBL, літій-сірчані акумулятори, виготовлені з гібридного квазітвердого електроліту, мають високу ємність. А також здатність до швидкої зарядки і розрядки. Під час випробувань здатність до тактової частоти електроліту становила ≈ 515 і ≈ 340 мАг/г при 1 і 2 °С, відповідно, при щільності навантаження 1.5 мг/см². Лабораторія заявила, що ці результати були одними з найвищих показників, досягнутих гібридними квазітвердими літій-сірчаними акумуляторами.

Та ж дослідницька група в жовтні минулого року показала, що створила спосіб розробки літій-сірчаних катодів. Цей спосіб менш складний і займає менше часу, ніж сучасні методи. Це, за її словами, може прокласти шлях до того, щоб компонент став життєздатною альтернативою для літій-іонних акумуляторів. А також для використання в електронних транспортних засобах та інших пристроях. Літій-сірчані акумулятори рекламуються для зберігання в 10 разів більше енергії, ніж літій-іонні, останні з яких широко використовуються сьогодні для живлення пристроїв зв’язку.