Литиево-сярната иновация обещава много по-голям капацитет

Изследователи от университета Monash в Австралия са близо до решаването на един от най-големите проблеми при пътническите дронове. Новата им технология за литиево-сярни (Li-S) батерии е проектирана да осигурява приблизително два пъти по-висока енергийна плътност от литиево-йонните (Li-ion) батерии, както и бързо зареждане и разреждане - предоставяйки необходимата мощност за полети, предава NewAtlas.

Досега литиево-сярните батерии обещаваха високоефективно съхранение на енергия, но страдаха от бавно зареждане и разреждане. Изследователите от Monash откриха, че използването на поливинилпиролидонов комплекс - обединено химично съединение с различни свойства от тези на трите му индивидуални компонента - като катализатор ускорява химичните реакции в батерията.

Това води до по-бързо зареждане и по-висока енергийна плътност, както е описано в статия, публикувана в Advanced Energy Materials.

Според екипа новите батерии не само са по-бързи и плътни, но също така са значително по-леки и по-евтини за производство.

"С открития, базирани на широко достъпни материали, имаме възможност да преминем към производство," каза професор Майнак Маджумдер. Това е признание за умното откритие, направено от екипа при разработването на тази по-бърза батерия. Докторантът Малиша Нишшанке отбелязва: "Вдъхновени от химията на бетадина, често използван антисептик за домакинствата, открихме начин да ускорим скоростта на зареждане и разреждане."

Интересно е да се отбележи, че докато литиево-йонните батерии се използват навсякъде - от автомобили до смарт часовници, след изобретяването им през 1980 г., литиево-сярните батерии са разработени около 20 години по-рано. Обаче, няколко недостатъка, свързани с вътрешната им химия, възпрепятстваха широкото им приемане.

Тъй като използват сяра като катод и литий или литиево-йонен анод, Li-S батериите не отлагат равномерно литий върху анода по време на презареждане. Химическите отлагания от литиевия анод увреждат както анода, така и електролита, което води до по-малък брой цикли на зареждане (по-малко от половината на Li-ion батериите), намалена мощност и риск от къси съединения или дори пожари.

С иновации през годините и последния пробив на Monash, може скоро да видим по-широко приложение на Li-S батериите. Изследователите са уверени, че тяхната лека технология ще бъде особено подходяща за дронове; те планират да демонстрират нейните възможности в комерсиални дронове и eVTOL летателни апарати в рамките на една година.

"Нашият катализатор значително подобри производителността на C-степента (скоростта на разреждане спрямо максималния капацитет) на Li-S батериите, доказано чрез ранни прототипи," обясни професор Маджумдер. "С комерсиално мащабиране и производство на по-големи клетки, тази технология може да осигури енергийна плътност до 400 Wh/kg. Това я прави особено подходяща за приложения, изискващи динамична производителност, като авиацията, където батериите трябва да издържат на високи C-степени при излитане и да превключват ефективно към ниски C-степени по време на полет."

Това е значително предимство пред стандартните литиево-йонни батерии, чиято енергийна плътност в момента е между 150 и 235 Wh/kg. Наскоро разработена батерия със силициев композитен анод от ProLogium за електромобили демонстрира впечатляваща плътност от 321 Wh/kg, но все още не е влязла в производство.

Бързото разреждане е ключово за пътническите дронове, защото е необходима висока мощност както за излитане, така и за кацане - особено при ниско ниво на заряд. Толкова е важно, че германският производител на въздушни таксита Lilium сключи договор с производителя на батерии Ionbox за изключителни права върху технология, специално проектирана за тези изисквания, със силициев-доминиращ анод в клетките си.

Друго предимство на Li-S батериите е, че намаляват зависимостта от редки ресурси като кобалт. Извличането му може да бъде скъпо и вредно за околната среда. Сярата, от друга страна, е изобилна и лесна за добив.

Университетът Monash стартира стартъп компания, наречена Ghove Energy, за да привлече инвестиции и да изведе тази технология на пазара. Изследователският екип продължава да работи върху ускоряване на времето за зареждане и разреждане и намаляване на количеството литий, необходимо за всяка клетка.

Междувременно китайската компания CATL също се стреми да въведе своите кондензирани батерии, проектирани за пътнически дронове, в реална употреба. Миналата година тя представи технология с впечатляваща енергийна плътност от 500 Wh/kg. През юли компанията отбеляза, че тези батерии "в момента се тестват в самолети, позволявайки излитане на 4-тонни летателни апарати." CATL се надява скоро да поддържа по-големи самолети и да захранва четириместни частни самолети с полети до 3 000 км през следващите няколко години. Това ще постави висока летва за Li-S батериите в близко бъдеще.