Австралийские ученые представили новые литий-серные аккумуляторы с рекордной плотностью энергии до 400 Вт·ч/кг, что в два раза выше, чем у традиционных литий-ионных батарей. Эти аккумуляторы обладают рядом преимуществ: быстрым временем зарядки, меньшим весом и более низкой стоимостью производства. Литий-серные батареи используют серу, что делает их экологичнее и дешевле, а также снижает зависимость от редких и дорогих материалов, таких как кобальт. Благодаря высокой энергоемкости и способности быстро отдавать и принимать заряд, такие аккумуляторы идеально подходят для использования в самолетах eVTOL и других транспортных средствах с высокими требованиями к мощности и динамике.
Литий-серные (Li-S) технологии считаются перспективными для создания энергоемких аккумуляторов, однако их недостатком была низкая скорость зарядки. Исследователи из Университета Монаша разработали новый тип литий-серной батареи. За счет добавления комплекса поливинилпирролидона удалось значительно ускорить процесс зарядки, а также повысить плотность энергии. Новые батареи отличаются меньшим весом и более низкой стоимостью производства.
Литий-серные батареи используют серу в качестве положительного катода и литий или литий-ион в качестве анода. При циклах зарядки-разрядки литий неравномерно осаждается на аноде, образуя химические отложения. Эти отложения, в свою очередь, приводят к деградации анода и электролита, что сокращает срок службы батареи более чем вдвое по сравнению с литий-ионными аналогами. Кроме того, повышается риск возникновения коротких замыканий и даже возгораний.
Катализатор ученых значительно повысил производительность C-rate аккумуляторов Li-S — скорость, с которой литиевая батарея заряжается или разряжается относительно ее емкости. При масштабировании производства и создании более крупных элементов эта технология может обеспечить плотность энергии до 400 Вт·ч/кг. Это больше, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов, которые имеют плотность энергии около 150-235 Вт·ч/кг.
Недавняя альтернатива с кремниевым композитным анодом от ProLogium для электромобилей продемонстрировала впечатляющую плотность 321 Вт·ч/кг, но она еще не запущена в производство.
Литий-серные батареи идеально подходят для приложений с высокой динамикой, таких как авиация, где требуется способность обеспечивать мощные токи разряда при взлете и переходить в режим низкого энергопотребления в крейсерском полете. Быстрый разряд особенно важен для eVTOL, поскольку высокая мощность необходима как при взлете, так и при посадке, особенно если уровень заряда низкий. Это подтверждается сотрудничеством немецкого производителя аэротакси Lilium с компанией Ionbox, разрабатывающей батареи с кремниевыми анодами, специально адаптированные для таких требований.
Дополнительным преимуществом литий-серных батарей является снижение зависимости от редких и дорогих элементов, например, кобальта, добыча которого негативно сказывается на экологии. Сера, напротив, распространена и доступна, что делает такие аккумуляторы более экологически и экономически выгодными. Университет Монаша запустил стартап Ghove Energy для привлечения инвестиций и вывода этого решения на рынок. Исследовательская группа работает над тем, чтобы еще больше ускорить время зарядки, а также уменьшить количество лития, необходимое для каждой ячейки. Они планируют продемонстрировать технологию в коммерческих дронах и самолетах eVTOL в течение года.
