Увеличилась удельная емкость, выросло напряжение
26 сентября 2026, 00:23Наука и космосDexter1
Ученые из Университета Вандербильта и Университета Мэриленда разработали новую химию литий-серных аккумуляторов, которая позволяет сере участвовать в дополнительной реакции, что увеличивает запасы энергии. В экспериментальных ячейках удельная энергоемкость серы превысила 1700 Вт·ч/кг.
В стандартных литий-серных аккумуляторах каждый атом серы в процессе зарядки и разрядки обменивается двумя электронами. Исследователи смогли задействовать ранее неиспользуемый потенциал материала и с помощью хлора активировали серу для участия в реакции с третьим электроном.
Это одновременно повысило как емкость, так и рабочее напряжение. В экспериментах емкость серы увеличилась примерно на 58%, а среднее напряжение возросло с 2,05 до 2,54 В. В результате один килограмм серы в новой системе способен запасать более 1700 Вт·ч энергии.
При этом этот показатель относится исключительно к активному материалу и не подразумевает, что готовый аккумулятор будет иметь такую же удельную энергоемкость. Учитывая основные компоненты аккумуляторного стека, исследователи оценивают потенциальный показатель примерно в 477 Вт·ч/кг — примерно на 37% выше, чем у традиционной литий-серной системы, с которой проводилось сравнение.
Основной задачей стало сделать новую реакцию обратимой. Хлор должен взаимодействовать с серой во время зарядки, однако образующееся серно-хлористое соединение не должно растворяться в электролите и перемещаться к литиевому аноду, где оно могло бы вступить в нежелательную реакцию.
Для решения этой проблемы ученые применили молекулярное моделирование и выбрали электролит с необходимыми свойствами. В нем хлорид остается доступным для реакции с серой, а образующиеся соединения почти нерастворимы и остаются внутри положительного электрода. Спектроскопические исследования подтвердили, что сера действительно многократно проходит через дополнительное химическое состояние в процессе циклов зарядки и разрядки.
Исследователи также собрали однослойный аккумулятор пакетного типа, что позволило проверить технологию не только в миниатюрных лабораторных ячейках. После 100 циклов он сохранил 78% первоначальной емкости. Тем не менее, до коммерческого применения технологии еще далеко: прототип использует металлический литий, относительно небольшое количество серы и слишком много электролита для практического серийного производства батарей.
Литий-серные аккумуляторы представляют интерес благодаря высокой теоретической емкости серы, ее доступности и низкой стоимости. Если новую трехэлектронную реакцию удастся адаптировать для долговечных и массовых элементов, это потенциально позволит увеличить энергоемкость таких батарей без необходимости в использовании дорогих катодных материалов.
Источники:Interesting EngeneeringНаука и космос1Наука00:23
Источник