Σημαντικές προόδους στην τεχνολογία μπαταριών λιθίου-θείου έχουν επιτύχει δύο ερευνητικές ομάδες από την Κίνα και τη Γερμανία, αντιμετωπίζοντας κρίσιμες προκλήσεις για την εμπορική αξιοποίησή τους.
Μία ομάδα, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Jong-sung Yu από το DGIST Department of Energy Science and Engineering, επικεντρώθηκε στη βελτίωση του υλικού της καθόδου. Παράλληλα, μια συνεργασία Κινέζων και Γερμανών ερευνητών ανέπτυξε έναν καινοτόμο στερεό ηλεκτρολύτη που ενισχύει την απόδοση και τη μακροχρόνια ανθεκτικότητα της μπαταρίας.
Η ομάδα του DGIST παρουσίασε ένα υλικό πορώδους άνθρακα ντοπαρισμένο με άζωτο, το οποίο χρησιμοποιείται ως φορέας θείου στην κάθοδο της μπαταρίας, βελτιώνοντας σημαντικά την ταχύτητα φόρτισης και την απόδοση. Το υλικό αυτό δημιουργήθηκε μέσω της μεθόδου θερμικής αναγωγής με τη βοήθεια μαγνησίου, επιτρέποντας στην μπαταρία να επιτύχει υψηλή χωρητικότητα 705 mAh g⁻¹ σε μόλις 12 λεπτά. Η σχεδίαση της ανθρακικής δομής, που προκύπτει από την αντίδραση του μαγνησίου με το άζωτο στο ZIF-8 σε υψηλές θερμοκρασίες, επέτρεψε μεγαλύτερη φόρτωση θείου και καλύτερη επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Αυτή η καινοτομία οδήγησε σε 1,6 φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα κατά τη γρήγορη φόρτιση, ενώ η μπαταρία διατήρησε το 82% της χωρητικότητάς της μετά από 1.000 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης. Συμπληρωματικά, ευρήματα από το Argonne National Laboratory επιβεβαίωσαν ότι η ντοπαρισμένη με άζωτο δομή βελτιώνει τις αντιδράσεις και αυξάνει την απόδοση.
Από την άλλη πλευρά, η συνεργασία των Κινέζων και Γερμανών ερευνητών ανέπτυξε έναν στερεό ηλεκτρολύτη, κατασκευασμένο από γυαλώδες υλικό που περιέχει βόριο, θείο, λίθιο, φώσφορο και ιώδιο. Το ιώδιο, βασικό στοιχείο του υλικού, διευκόλυνε την ταχεία ανταλλαγή ηλεκτρονίων και λειτούργησε ως “ηλεκτρονικός μεταφορέας,” επιταχύνοντας τις αντιδράσεις μεταξύ των ιόντων λιθίου και του θείου. Αυτή η καινοτομία επέτρεψε στην μπαταρία να διατηρήσει το 50% της χωρητικότητάς της όταν φορτίστηκε πλήρως σε λίγο περισσότερο από ένα λεπτό, ενώ διατήρησε πάνω από το 80% της αρχικής χωρητικότητας μετά από 25.000 κύκλους φόρτισης σε ενδιάμεσο ρυθμό φόρτισης, επίδοση που υπερβαίνει κατά πολύ τη διάρκεια ζωής των συμβατικών μπαταριών ιόντων λιθίου.
Οι εξελίξεις αυτές σηματοδοτούν ένα σημαντικό βήμα προς την εμπορική εφαρμογή των μπαταριών λιθίου-θείου. Μαζί, αυτές οι καινοτομίες ανοίγουν τον δρόμο για τις μελλοντικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας με ταχύτερη φόρτιση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Πηγή: unboxholics.com