Як мембрани з переробленого кевлару вирішують проблему терміну служби літій-сірчаних батарей
Дослідники з університету Мічігану здійснили різкий відхід від обмежень стандартних літій-іонних акумуляторів. Вони створили нову мембрану з урахуванням переробленого кевлара. Ціль? Розкрити потенціал літій-сірчаних батарей. Це не просто поступові покращення. Нова конструкція дозволяє цим батареям працювати більше ніж 1000 циклів без деградації характеристик. Це приблизно десятиліття використання середнього водія електромобіля.
І кевлар, що використовується, – це той же тип, який застосовується в куленепробивних жилетах.
Це не просто переробка задля сталого розвитку. Це структурний прорив. Упродовж багатьох років вчені підозрювали, що літій-сірчані елементи є «святим Граалем» для густини енергії. Проблема завжди полягала у довговічності. Ці батареї мають тенденцію виходити з ладу завчасно. Нова мембрана повністю змінює це рівняння. Вона також витримує екстремальні температури. У реальному світі це означає надійність як при сильному морозі, так і за сильної спеки.
Чому серія перевершує кобальт на папері
Зсув у бік літій-сірчаних батарей не випадковий. Їм рухають реалії ланцюжка постачання. Літій-іонні батареї сильно залежать від кобальту. Кобальт доріг. Його запаси обмежені. А його видобуток пов’язаний із значними етичними та екологічними проблемами.
Серія відрізняється. Вона поширена. Вона дешева. Це побічний продукт нафтопереробки. Її використання не створює нових залежностей від видобутку корисних копалин. Але серія має історію, пов’язану з нестабільністю в хімії батарей. Вона розчиняється в електроліті, швидко виводячи батарею з ладу.
Команда з університету Мічігану вирішила цю проблему за допомогою арамідних нановолокон. Вони взяли перероблений кевлар і сплели його до мережі нановолокон. Ця мережа діє бар’єр. Вона запобігає хаосу, що викликається серією всередині елемента. Результатом є батарея, яка зберігає свою ємність та стійкість. Вона не жертвує безпекою заради довговічності.
Технологія працює і з літій-іонними елементами. Але дослідники зосереджені на літій-сірчаних батареях. На папері характеристики перевершують інші варіанти. Вища щільність енергії. Більше тривалий потенційний термін служби. Нижча вартість матеріалів.
Десятирічний термін служби
Одна тисяча циклів заряджання. Це показник якого досягає нова мембрана. Більшість сучасних батарей для електромобілів розраховані на меншу кількість циклів, перш ніж почнеться значна втрата ємності. Якщо ви щодня керуєте електромобілем і заряджаєте його один раз на день, ви дивитеся приблизно на три роки володіння автомобілем до того, як деградація батареї стане помітною. Ця нова технологія відсуває термін на десять років.
Це величезний зсув моделі володіння. Ви не орендуєте термін служби батареї. Ви володієте ним.
Результати були опубліковані в журналі Nature Communications. Команда також одержала патент на це відкриття. Це переводить технологію з категорії лабораторного курйозу до розряду комерційно життєздатного продукту. Ми говоримо не про прототип, що застряг у ящику. Ми говоримо про компонент, що виробляється.
Реальні наслідки
Сучасні літій-іонні батареї гарні. Вони надійні. Вони працюють. Але вони досягають фізичних меж щільності енергії. Ми не можемо просто додавати більше літію, не стикаючись із ризиками теплового розгону чи штрафами за вагу.
Літій-сірчані батареї пропонують вихід. Вони зберігають більше енергії за кілограм. Це означає легкі автомобілі. Велику дальність ходу. Єдиною перешкодою був термін служби циклів. Мембрана з переробленого кевлару усуває цю перешкоду.
Все ще є робота над
