Elektromos repülőkben, buszokban, teherautókban és mozdonyokban is használhatják.
A lítium-kén (Li-S) akkumulátorok könnyű súlyuk és nagy elméleti energiatároló kapacitásuk révén ígéretes alternatívát jelentenek a hagyományos lítium-ion (Li-ion) akkumulátorokkal szemben a nagyobb méretű energiatároló rendszerek és elektromos járművek számára. Jelenleg viszont a Li-S akkumulátorok legnagyobb gyengesége az alacsony élettartam.
Most a koreai Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) tudósai felfedezték egy új katalizátor anyag azon képességét, amely jelentős mértékben képes javítani a lítium-kén akkumulátorok élettartamát, ezáltal hatalmas kereskedelmi potenciált biztosítva számukra.
A probléma
A legtöbb elektronika eszköz jelenleg újratölthető lítium-ion akkumulátorral működik, de ezeknek az akksiknak az energiatárolási kapacitása nem elegendő a nagyszabású energiatároló rendszerek számára. Ezzel szemben a Li-S akkumulátorok nagyobb elméleti energiatároló kapacitásuk és alacsonyabb költségeik miatt hasznosak lehetnek ilyen célokra.
Ugyanaz a mechanizmus, amely ezeket az energiákat biztosítja számukra megakadályozza, hogy a lítium-kén akkumulátorok igazán széles körben elterjedhessenek. A Li-ion akkukkal ellentétben a Li-S akkumulátorokban a reakcióút szilárd lítium-szulfid és folyékony lítium-poliszulfid felhalmozódásához vezet, ami a kén katód (pozitív töltésű elektróda) aktív anyagának elvesztését és a lítium anód (negatív töltésű elektróda) korrózióját okozza. Az akkumulátor élettartamának javítása érdekében a tudósok olyan katalizátorokat kerestek, amelyek használatuk során ezt a lebomlást hatékonyan visszafordíthatóvá tehetik.
Az áttörés
Egy friss tanulmányban, amelyet a ChemSusChem akadémiai folyóiratban publikáltak, a GIST tudósai egy áttörésről számoltak be a lítium-kén akkumulátorok élettartamával kapcsolatban.
„Miközben új elektrokatalizátort kerestünk a lítium-kén akkumulátorokhoz, felelevenítettük egy korábbi kobalt-oxaláttal végzett kutatásunkat, amelynek során azt tapasztaltuk, hogy a negatív töltésű ionok könnyen felszívódhatnak ezen anyag felületén az elektrolízis során. Ez arra ösztönzött bennünket, hogy azt feltételezzük, a kobalt-oxalát hasonló viselkedést mutat a kénnel a lítium-kén akkumulátorokban is” – mondta Jaeyoung Lee professzor, a kutatás vezetője.
Hipotézisük teszteléséhez a tudósok egy Li-S akkumulátort készítettek, amelynek a kénkatódján elhelyeztek egy kobalt-oxalát réteget. A kobalt-oxilátot a lítium-ion akkumulátorok újrahasznosításának folyamata során állítják elő.
A megfigyelések és az elemzések rámutattak, hogy a kobalt-oxalát kénfelvevő képessége lehetővé tette a szilárd lítium-szulfid és a folyékony lítium-poliszulfid redukcióját és elválasztását. Ezenkívül elnyomta a folyékony lítium-poliszulfid szétterjedését az elektrolitban azáltal, hogy felszívta a folyékony lítium-poliszulfidot, ezáltal megakadályozta, hogy elérje a lítium-anódot, amivel önkisüléses reakciót váltana ki. Ezek a műveletek együttesen javították a kén felhasználását és csökkentették az anód lebomlását, ezáltal egyszerre növelték az akkumulátor élettartamát, teljesítményét és energiatároló kapacitását is.
Lee professzor úgy gondolja, hogy a csapat kutatási eredményeinek köszönhetően a lítium-kén akkumulátorok előtt fényes jövő állhat nemcsak az elektromos autózásban, de számos olyan területen is, ahol a lítium-ion egységek jelenleg nem versenyképesek.
