Раздел Технологии выходит при поддержке
Исследователи из Германии, Индии и Тайваня представили концепцию литий-серных аккумуляторов для электрокаров, которые будут сокращать время полной зарядки до менее чем 30 минут.
Сейчас, в условиях глобального перехода на электротранспорт, сокращение времени зарядки аккумуляторов остается одной из ключевых задач для разработчиков и исследователей по всему миру. Современные Li-ion-аккумуляторы заряжаются от 20 до 80% где-то за 20-30 минут, однако полная зарядка занимает значительно больше времени. Между тем высокоскоростная зарядка приводит к сокращению срока работы элементов батареи.
Проведенное исследователями из Кильского университета и их коллегами из Индии и Тайваня исследование предполагает, что литий-серные аккумуляторы способны решить существующие проблемы. Международное исследование под руководством доктора Мозаффара Абдоллахифара предоставляет подробное описание того, как литий-серные батареи могут преодолеть ограничения современных Li-ion-аккумуляторов по производительности и времени зарядки.
Ученые опирались на анализ сотен недавних исследований и разработали своего рода дорожную карту того, как литий-серные батареи могут сократить время на зарядку. При этом некоторые из них способны полностью зарядиться где-то за 12 минут.
Конструкция состоит из серного катода и литий-металлического анода. Теоретически в такой комбинации емкость должна достигать до 2600 ватт-часов/кг, что почти в 10 раз превышает плотность энергии литий-ионных ячеек.
Это позволит значительно увеличить запас хода электромобилей. Сера относительно недорогой и доступный материал по сравнению с кобальтом и никелем. Однако сера плохо проводит электрический ток и ее необходимо сочетать с материалами на основе углерода. Это, в свою очередь, увеличивает вес аккумулятора и усложняет конструкцию.
Creators — агентство международного PR для технологических и B2B-компаний PR для компаний и их лидеров Организация интервью в медиа, подкастах, выступлений на конференциях Европа, Азия, Америка Узнать больше
Кроме этого серный катод подвергается объемному расширению и сжатию до 80% во время зарядки. Это снижает механическую стабильность и сокращает срок службы аккумулятора.
Одной из ключевых проблем является перемещение промежуточных соединений полисульфида лития между катодом и анодом, которые вызывают нежелательные химические реакции и приводят к потере эффективности. Кроме этого проблемой является образование дендритов на литий-металлическом аноде. Эти крошечные игольчатые структуры увеличиваются во время повторных циклов зарядки и могут привести к коротким замыканиям, а в некоторых случаях — даже к возгоранию аккумулятора.
Ключевые проблемы и потенциальные решения для быстрозарядных LSB/Advanced Energy Materials
По словам одного из ведущих авторов исследования Якоба Оффермана, предотвращение увеличения количества дендритов имеет ключевое значение для безопасности и надежности аккумуляторов следующего поколения. Исследователи уделяют особое внимание конструкции катода с использованием современных материалов, таких как графен, нанотрубки и пористые структуры из активированного углерода.
Кроме этого используются такие каталитические материалы, как оксиды металлов, одноатомные катализаторы, для ускорения реакций преобразования серы и предотвращения перемещения промежуточных соединений полисульфида лития между катодом и анодом. Исследователи также изучали усовершенствованные сепараторы и высококонцентрированные электролиты, которые будут сдерживать полисульфиды и обеспечивать быстрый ионный обмен.
Приоритетом остается стабилизация анода. В настоящее время проводятся испытания защитных покрытий поверхности и трехмерных литиевых структур, препятствующих образованию дендритов и продлевающих срок службы аккумулятора.
СпецпроектыНе чекає, поки спрацює правило, а самостійно шукає відхилення. Як Elastic AI захищає від кіберзагрозПрограма ROG Elite Rewards: 25 000+ українців серед учасників, 200+ отриманих винагород
Вместе с тем исследователи проводят эксперименты с новыми формами серы, в частности, моноклинной гамма-серой, способной обеспечить твердофазную реакцию почти в обход эффекта переноса. Для лучшего прогнозирования и оптимизации процесса сочетания большого количества сложных материалов исследователи используют искусственный интеллект.
Как отмечает доктор Мозаффар Абдоллахифар, первые прототипы уже достигают плотности энергии около 2 мА-ч/см².
«Наш анализ показывает, что быстрая зарядка менее чем за 30 минут, а в некоторых случаях и менее чем за 15 минут, вполне реалистична и одновременно увеличивает емкость. Однако для того, чтобы литий-серные системы действительно превзошли литий-ионные, необходимы дальнейшие улучшения в загрузке материалов и структурной интеграции», — объясняет Мозаффар Абдоллахифар.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials
Источник: Interesting Engineering
Раздел Технологии выходит при поддержке
Favbet Tech – это IT-компания со 100% украинской ДНК, которая создает совершенные сервисы для iGaming и Betting с использованием передовых технологий и предоставляет доступ к ним. Favbet Tech разрабатывает инновационное программное обеспечение через сложную многокомпонентную платформу, способную выдерживать огромные нагрузки и создавать уникальный опыт для игроков.