Vědci nalezli nový způsob prodloužení životnosti Li-S baterií. Stačil jim k tomu plastový sáček a mikrovlnná trouba

Lithium-sírové (Li-S) baterie jsou v posledních letech vnímány jako slibná technologie pro výrobu akumulátorů s vysokou energetickou hustotou. Přestože jsou tyto baterie vzhledem ke svému složení méně nákladné na výrobu, jejich hlavním nedostatkem je nízký počet nabíjecích cyklů, kdy baterie rychle degradují. Vědci z americké Purdueovovy univerzity však nyní nalezli způsob, který by mohl jejich životnost značně prodloužit.

Američtí vědci objevili novou metodu, která má kromě výrazného prodloužení životnosti lithium-sírových baterií i další důležitý přínos v podobě dalšího možného způsobu recyklace plastů. Klíčovým prvkem je speciální vrstva, která od sebe odděluje lithiovou a sírovou elektrodu baterie. K výrobě materiálu pro tuto vrstvu vědci použili plastový sáček z polyetylenu s nízkou hustotou (LDPE), jež je běžně využíván pro výrobu plastových obalů. Sáček namočili do roztoku síry a následně jej ohřáli v mikrovlnné troubě.

„Nezáleží kolikrát plasty recyklujete, stále zůstávají na Zemi. Přemýšleli jsme nad způsoby, jak se plastu zbavit dlouhodobě, a toto je přinejmenším způsob jak přidat hodnotu. Jelikož jsou lithium-sírové baterie stále populárnější, chceme z nich vymáčknout delší životnost,“ uvedl Vilas Pol z Purdueovovy univerzity.

Teplo vznikající mikrovlnným ohřevem vedlo k rychlé karbonizaci plastového sáčku, který se tak proměnil v vysoce porézní materiál, který rovněž obsahoval sulfonáty, soli sirnatého roztoku, do kterého byl sáček namočen. Z tohoto materiálu následně vytvořili tenkou vrstvu, kterou vložili mezi elektrody baterie.

Tato vrstva pomohla omezit nežádoucí účinky polysulfidů, které jsou vedlejším produktem reakce iontů síry a lithia v baterii. Tyto soli totiž pronikají k lithiové elektrodě a následně brání migraci iontů lithia, přičemž s rostoucí koncentrací, která stoupá s každým nabíjecím cyklem, způsobují pokles kapacity baterie. Zatímco běžné lithium-sírové baterie dosahují životnosti okolo 100 cyklů, přidání této vrstvy by podle autorů projektu mohlo prodloužit jejichž životnost až dvojnásobně.

O podobné řešení spočívající ve vytvoření bariéry se vědci pokoušeli již dříve, a to například s využitím banánových slupek či skořápek pistácií, jelikož uhlíková vrstva vytvořená z biomasy by byla dostatečně porézní, aby zachytila vznikající polysulfidy.

„Nejjednodušší způsob jak zablokovat polysulfidy je umístit mezi lithium a síru bariéru. Každý materiál má své výhody, ale biomasu si můžete nechat a využít pro jiné způsoby. Odpadní plast je opravdu bezcenný a zatěžující materiál,“ říká Patrick Kim, výzkumný pracovník Purdueovovy univerzity.

Zdroj úvodní fotografie: Purdue University