Новые аккумуляторы обещают пятикратное увеличение запаса хода электромобилей

Автор: Юлия Иванчик, редактор

12 января 2022

По мере того, как электромобили становятся все более популярными, технологии, которыми пользуются эти молчаливые пассажиры, постоянно совершенствуются. Возьмем, к примеру, элегантный Lucid Air. С запасом хода до 830 километров он значительно опережает электромобили прошлых лет, но всегда есть, куда расти. Команда из Мичиганского университета показала, как сеть нановолокон, изготовленных из переработанного кевлара, может позволить литий-серным батареям преодолеть проблемы, связанные с продолжительностью цикла, например, количество раз, когда их можно заряжать и разряжать.

Специалисты учреждения с 204-летней историей утверждают, что биологическая мембрана аккумулятора «позволила создать батарею с емкостью, в пять раз превышающей стандартную литий-ионную конструкцию», что дает ей тысячу с лишним циклов, необходимых для питания электромобиля. Профессор Николас Котов, возглавлявший исследовательскую группу, говорит, что есть несколько отчетов, в которых утверждается несколько сотен циклов для литий-серных батарей, но игнорирование этого происходит за счет таких важных факторов, как емкость, безопасность, скорость зарядки и устойчивость.

«Сегодня задача состоит в том, чтобы создать батарею, которая увеличивает частоту циклов с прежних десяти до сотен циклов и удовлетворяет множеству других требований, включая стоимость», — добавил он.

Котов и его команда ранее полагались на сети арамидных нановолокон, пропитанных электролитным гелем, чтобы остановить одного из главных виновников короткого срока службы. Дендриты, растущие от одного электрода к другому, протыкают мембрану. Существенные арамидные волокна препятствуют тому, чтобы дендриты делали это. Проблемой литий-серных батарей являются небольшие молекулы лития и серы, которые прилипают к литию и, в свою очередь, уменьшают емкость батареи. Используя процесс, называемый ионной селективностью, мембрана может блокировать частицы, также известные как полисульфиды лития.

«Вдохновленные биологическими ионными каналами, мы разработали магистрали для ионов лития, где полисульфиды лития не могут обходиться без платы за проезд», — отметил Ахмет Эмре, исследователь с докторской степенью.

Подобных по размеру, было недостаточно, чтобы заблокировать полисульфиды лития, создав небольшие каналы. Исследователи добавили электрический заряд к порам, которые имитируют поры в биологических мембранах, в мембране батареи.

Котов утверждает, что для автомобильных аккумуляторов необходимо достижение рекордных уровней по множеству параметров для множества свойств материалов. Профессор химических наук и инженерии также отмечает, что конструкция «почти идеальна»: мощность и эффективность приближаются к теоретическим пределам. Более того, батарея может работать при экстремальных температурах. Котов предупреждает, что реальный срок службы может сократиться при быстрой зарядке — 1000 циклов, что считается десятилетним сроком службы.