Naučnici sa Monash Energy Instituta razvili su dugotrajniju, lakšu i ekološki prihvatljiviju alternativu konvencionalnim litij-ionskim baterijama.
Upotrebom aditiva na bazi glukoze na pozitivnoj elektrodi, tim je uspio stabilizovati tehnologiju litij-sumpornih baterija, koja se već dugo najavljuje kao temelj za sljedeću generaciju baterija.
Ove vrste bile bi idealne za upotrebu u električnim vozilima, podmornicama i avionima.
Šta čini sumpor tako obećavajućom komponentom za baterije?
Glavni problem litij-ionskih baterija je da su to rijetki elementi iz zemlje, a to su nikal i kobalt koji su potrebni za proizvodnju pozitivnih elektroda. Međutim, rezerve ovih metala su ograničene. Upućeni iz industrije čak su predvidjeli ozbiljan nedostatak ovih materijala u ne tako dalekoj budućnosti. Pored toga, njihovo rudarstvo često ima visoke društvene i ekološke troškove.
Sumpor je sa druge strane jeftin i dostupan. Rudari godišnje proizvedu oko 70 miliona tona sumpora, što ga čini 16. najzastupljenijim elementom na planeti.
Konačno, litij-sumporne baterije oslanjaju se na drugačiju vrstu hemijske reakcije koja daje mnogu veću sposobnost skladištenja energije u odnosu na litij-ionske baterije.
Problem sa litij-sumpornim baterijama
Kao što je spomenuto, litij-sumporne baterije bi, teoretski, trebale biti sposobne pohraniti do pet puta više energije nego litij-ionske pri istoj težini. Međutim, glavni problem s baterijama na bazi litij-sumpora bio je taj što su se elektrode brzo razgradile tokom upotrebe nakon čega su baterije otkazale.
Dva su uzroka ove brze degradacije; prvo, pozitivna sumporna elektroda oslabljena je značajnim širenjem i kontrakcijom, što je čini nedostupnom za litij. Drugo, negativne litijeve elektrode postale su zagađene spojevima sumpora.
Kako se šećer može koristiti za poboljšanje litij-sumpornih baterija?
Istraživači Monasha prošle su godine dokazali da bi mogli proširiti strukturu sumporne elektrode kako bi omogućili širenje i učinili je litijem pristupačnijom. Osim toga, sada su stabilizovali sumpor integrišući šećer u dizajn mreže nalik na elektrodu, umanjujući njenu migraciju i prekrivanje litijeve elektrode.
Prototipovi pokusnih stanica pokazali su se sposobnima preživjeti najmanje 1000 ciklusa punjenja i pražnjenja, a da pri tome zadrže mnogo veći kapacitet od litij-ionskih baterija iste težine. 1000 ciklusa punjenja/pražnjenja bilo bi više nego dovoljno za upotrebu u električnim vozilima. Konzervativno udvostručenje dometa prosječnog litij-ionskog vozila i njegovo punjenje 1000 puta značilo bi životni vijek znatno iznad pola miliona kilometara.
