Zaawansowane akumulatory litowo-siarkowe zapewniające więcej energii
W porównaniu z powszechnie stosowanym akumulatorem litowo-jonowym baterie litowo-siarkowe oferują wiele ważnych korzyści. Siarka jest lekka i występuje w dużych ilościach. Charakteryzuje się dużą wydajnością energetyczną i dużą głębokością rozładowania. Jednakże problemem istniejącej technologii akumulatorów litowo-siarkowych jest słabe przewodnictwo elektryczne katody i nieodwracalna utrata materiałów aktywnych w wyniku rozpuszczenia elementów litowo-siarkowych w elektrolicie. W ramach finansowanego ze środków UE projektu EUROLIS (Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications) naukowcy wprowadzili nowe rozwiązania w celu wyeliminowania tych problemów. Zespół wykorzystał zbiorniki wielosiarczków o zmodyfikowanych powierzchniach do zwiększenia stabilności katod litowo-siarkowych. Proponowany układ o dużym polu powierzchni umożliwia słabą adsorpcję wielosiarczków pośrednich i odwracalną desorpcję. W ten sposób można w pełni wykorzystywać materiał aktywny. Dokładniejsze zrozumienie wpływu pola powierzchni i interakcji zachodzących między elektrolitem a siarkowymi kompozytami katody wymaga wiarygodnych technik charakteryzowania. W ramach projektu EUROLIS stworzono różnorodne narzędzia in situ i ex situ do analizowania akumulatorów Li-S na różnych etapach ładowania i rozładowywania. Pozwoliły one lepiej poznać właściwości elektrochemiczne akumulatora litowo-siarkowego. Uczestnicy projektu EUROLIS wykorzystali je do skutecznego monitorowania procesów formowania i dyfuzji (migracji) wielosiarczków w różnych częściach akumulatora litowo-siarkowego. Naukowcy z powodzeniem zbadali różnorodne materiały węglowe, które mogą być wykorzystane jako struktury przyjmujące siarkę. Nacisk został położony na to, w jaki sposób kształt materiału węglowego wpływa na właściwości elektrochemiczne akumulatora i jak skład chemiczny wpływa na zmniejszanie pojemności. Skupiono się także na opracowaniu metod syntezy na dużą skalę. Prace w ramach projektu doprowadziły do opracowania trzech generacji prototypowych akumulatorów litowo-siarkowych. Zaadaptowane separatory, elementy litowe i elektrolity posłużyły do przygotowania 12 ogniw prototypowych w konfiguracji standardowej. Naukowcy badali również alternatywne technologie wykorzystania litu i siarki: połączenie związków litu i krzemu w anodzie i siarki w katodzie, testowanie wydajności akumulatora przepływowego przy użyciu katolitu oraz stworzenie akumulatora siarkowego w stanie stałym na bazie separatora ceramicznego. Projekt EUROLIS zaproponował praktyczne rozwiązania problemów chemicznych związanych z akumulatorami litowo-siarkowymi. Dzięki wysokiej gęstości energii i stosunkowo niskiej cenie akumulatory litowo-siarkowe oferują wielkie korzyści dla pojazdów elektrycznych, umożliwiając dłuższą jazdę bez konieczności ładowania.
Słowa kluczowe
Akumulatory litowo-siarkowe, gęstość energii, pojazdy elektryczne, EUROLIS, wielosiarczek
