O echipă de cercetători de la Universitatea Vanderbilt și Universitatea din Maryland a prezentat o nouă formulă chimică pentru celulele de baterii, care ar putea crește semnificativ densitatea energetică a acumulatoarelor litiu-sulf. Prin integrarea clorului, această abordare inovatoare permite un transfer suplimentar de electroni la o tensiune mai mare.
Bateriile litiu-sulf sunt considerate de mult timp o alternativă promițătoare la celulele convenționale litiu-ion, având în vedere că sulful se găsește din abundență în natură și poate stoca mult mai multă energie raportat la greutatea sa. Cu toate acestea, implementarea lor într-o formă durabilă și practică s-a dovedit a fi o adevărată provocare tehnologică până în prezent.
În cadrul unui studiu publicat în prestigioasa revistă Nature Energy, echipa mixtă de cercetare descrie o nouă metodă prin care sulful participă la o reacție suplimentară de stocare a energiei. Rezultatul este o baterie pe bază de sulf care funcționează la o tensiune medie mai ridicată și acumulează o cantitate mai mare de energie.
Prototipul de baterie litiu-sulf stochează 1.700 de wați-oră de energie
În timp ce în sistemele convenționale fiecare atom de sulf schimbă doi electroni, noul sistem integrează și clorul pentru a transfera un al treilea electron. În testele de laborator, această tehnică a crescut capacitatea de stocare a sulfului cu aproximativ 58% și a ridicat tensiunea medie de funcționare de la circa 2,05 volți la 2,54 volți. Prin combinarea capacității sporite de stocare cu o tensiune mai mare, un singur kilogram de sulf din celula experimentală de test a fost capabil să înmagazineze peste 1.700 de wați-oră de energie.
Pentru a asigura reversibilitatea procesului, oamenii de știință au folosit simulări moleculare pentru a proiecta un electrolit special. Acesta menține clorul reactiv și, în același timp, împiedică dizolvarea compusului sulf-clor rezultat și migrarea acestuia către anodul din litiu-metal.
Capacitate de 78% păstrată după 100 de cicluri de încărcare
Diverse tehnici spectroscopice au confirmat că sulful trece în mod repetat prin această nouă stare chimică în timpul proceselor de încărcare și descărcare. Un prototip de celulă de tip „pouch” (baterie învelită în folie flexibilă) și-a menținut 78% din capacitatea inițială după 100 de cicluri complete de încărcare.
Totuși, mai sunt de parcurs etape importante înainte ca tehnologia să poată fi utilizată la scară comercială, deoarece prototipul folosește un anod din litiu-metal și cantități mari de electrolit. Luând în calcul toate componentele esențiale ale unei baterii – nu doar electrodul izolat – oamenii de știință estimează că această abordare ar putea permite o densitate energetică gravimetrică de 477 Wh/kg la nivel de celulă. Această valoare este cu aproximativ 37% mai mare decât cea a sistemelor convenționale litiu-sulf comparabile.
„Modul tradițional de abordare a bateriilor litiu-sulf lasă neexploatată o parte din capacitatea redox (capacitatea de reducere-oxidare, cantitatea totală de electroni pe care o substanță o poate ceda sau accepta în timpul unor reacții chimice specifice, n.red.) a sulfului”, a explicat De-en Jiang, profesor de inginerie chimică și chimie la Universitatea Vanderbilt și coautor al studiului. „Am vrut să vedem dacă putem extinde această capacitate redox a sulfului și să o folosim pentru a stoca mai multă energie.”
CITEȘTE ȘI:
Marea Britanie reanalizează interzicerea vânzării mașinilor termice programată pentru 2030
Mașinile avariate au o probabilitate de 1,5 ori mai mare să aibă kilometrajul modificat
Comentați?