Nowy sposób na tanie samochody elektryczne

Zamiast czystego litu w nowych bateriach stosuje się jego związki

Jeśli chcemy, aby w przyszłości po naszych drogach jeździło dużo samochodów elektrycznych, musimy skutecznie obniżyć koszty ich akumulatorów (nawet do 80% jak szacują niektórzy). Ostatnie badania nad eksperymentalną pozwalają mieć nadzieję na zmianę tej sytuacji.

Naukowcy od lat pracują nad baterią, która ma w jednej elektrodzie metal litu a drugiej siarkę. Teoretycznie taki rodzaj akumulatora mógłby pomieścić od trzech do pięciu razy więcej energii niż tradycyjny litowo-jonowy.

Jednakże lit w postaci metalicznej jest bardzo reaktywnym metalem w obecności wody i na powierzchni anody mogłyby się formować struktury w kształcie korzeni, w skrajnym wypadku doprowadzając do zwarcia, a nawet pożaru. Naukowcy zwrócili się więc w kierunku podobnych akumulatorów nie wymagających stosowania litu w postaci metalicznej.

W nowym typie baterii związek litu i siarki zastępuje elektrodę siarkową. Pozwala to na wyeliminowanie litowej anody i zastąpienie ją grafitem (używanym w dzisiejszy bateriach litowo-jonowych) czy krzemem. Trudność polega jednak na tym, że siarczek litu jest izolatorem, co spowalnia ładowanie akumulatora i ogranicza jego pojemność.

Trwają jednak pracę, które mogą rozwiązać ten problem i pozwolą na stworzenie wydajnej energetycznie baterii (nawet do trzech razy więcej niż tradycyjna bateria litowo-jonowa), której produkcja nie będzie bardzo kosztowna.

Yi Cui, profesor nauk materiałowych z Uniwersytetu Stanforda przedstawiał już w tym roku sposób zniwelowania ograniczeń akumulatorów litowo-siarkowych poprzez ładowanie ich wyższym napięciem. Niestety także wtedy siarczek litu musiał być wymieszany z węglem, aby zwiększyć konduktywność katody, co skutkowało obniżeniem gęstości energii akumulatora.

Teraz jednak Yuegang Zhang, naukowiec z Laboratorium Lawrence'a w Berkeley, zademonstrował nowy sposób mieszania węgla z siarczkiem litu. Znacząco obniża ilość tego pierwszego w katodzie (z 67,5% do mniej niż 50%). Pozwoliło to, wraz z pewnymi ulepszeniami w innych częściach akumulatora na osiągnięcie gęstości energii od 350 do 610 Wh/kg, niemal dwukrotnie większej niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.

Komercjalizacja tej technologii nie będzie jednak prosta. Wciąż należy poprawić liczbę cykli i szybkość ładowania, bowiem wyniki badań pochodzą z laboratoryjnych, jednorazowych próbek. Należałoby natomiast przeprowadzić analizę na skalę masową.
(ma)