Technologia Li-S szykuje się na misje kosmiczne
Technologia litowo-siarkowa (Li-S) została opatentowana i opracowana przez brytyjską firmę OXIS Energy, która postawiła sobie w 2004 roku za cel zrewolucjonizowanie rynku akumulatorów. Podczas gdy OXIS skupia się głównie na pojazdach elektrycznych, sektorze obronnym i magazynowaniu energii słonecznej, grupa ośrodków badawczych, przedsiębiorstw i uniwersytetów pod przewodnictwem koncernu Airbus postanowiła w 2015 r. wykorzystać potencjał technologii dla sektora kosmicznego. Tak narodził się projekt ECLIPSE, którego celem jest uwzględnienie ograniczeń dotyczących zastosowań kosmicznych w dalszych udoskonaleniach technologii Li-S. Potencjał w tym zakresie jest ewidentny: akumulatory Li-S mogą pracować w znacznie wyższych temperaturach niż Li-Ion i pozwalają na teoretyczną energię właściwą 5 razy wyższą niż Li-Ion. Technologia ta jest również tańsza ze względu na niższe koszty surowców. Jest bezpieczniejsza, bardziej przyjazna dla środowiska, ma długi cykl życia i charakteryzuje się bardzo wysoką tolerancją na ciśnienie. Ponadto, jak mówi Bertrand Faure, koordynator projektu dla Airbusa: „Technologia Li-S zapewnia wyższą gęstość energii, czyli stosunek energii do masy, w porównaniu z jonem litu. Dzięki temu akumulator jest lżejszy, zwiększa się jego wydajność, a koszty systemu są niższe”. W sektorze takim jak przemysł kosmiczny, w którym wysłanie 1 kg na orbitę kosztuje około 10 000 EUR, zmniejszenie masy akumulatorów byłoby prawdziwą rewolucją. Ponieważ technologia Li-Ion najwyraźniej osiągnęła granice swoich możliwości, a akumulatory Li-S dają obiecujące wyniki, jest rzeczą naturalną, że zainteresowane strony inwestują w ich rozwój. Projekt ECLIPSE koncentrował się w szczególności na trzech ulepszeniach: optymalizacji głównych elementów ogniw (katody, anody, separatora i elektrolitu) w celu osiągnięcia sprawności 400 Wh/kg; poziomie baterii i enkapsulacji; oraz badaniach systemowych w celu integracji z architekturą satelitów i rakiet nośnych. Nowa koncepcja katodowych odbieraków prądu wykorzystuje perforację laserową, która pozwala na zmniejszenie ciężaru nawet o 73%. „Skupiliśmy się na udoskonaleniach technologicznych, aby zapewnić wysoką gęstość przy jednoczesnym wydłużeniu cyklu życia. Próbowaliśmy wielu możliwych rozwiązań i materiałów w celu poprawy tych czynników. W wyniku tych działań uzyskano już dwa patenty”, wyjaśnia Faure. Ostatecznie konsorcjum opowiedziało się za ogniwem o wysokiej gęstości energii (dwukrotnie większa gęstość energii w porównaniu z najnowszą technologią), mającym potencjał do dalszych udoskonaleń. Do najważniejszych osiągnięć należy nie tylko współpraca kluczowych podmiotów w opracowywaniu materiałów do baterii Li-S, ale także lepsze zrozumienie wymagań i specyfikacji zastosowań kosmicznych, znajomość czynników ograniczających i kluczowych parametrów, które należy poprawić w celu uzyskania ogniw Li-S o wysokiej obciążalności energetycznej i zdolności do recyklingu, oraz wykazanie użyteczności fizycznych modeli ogniw litowo-siarkowych. Projekt został zakończony w listopadzie 2017 r., jednak konsorcjum planuje kontynuować współpracę w celu wprowadzenia technologii Li-S na rynek kosmiczny.
Słowa kluczowe
ECLIPSE, Li-S, Li-Ion, litowo-siarkowe, akumulatory, kosmiczny, magazynowanie energii