Сера в каждой поре

Сера в каждой поре

От смартфонов до электровелосипедов – количество мобильных электронных устройств неуклонно растет по всему миру. В результате возникает острая потребность в маленьких и легких, но тем не менее мощных аккумуляторных батареях. И так как дальнейшее совершенствование литиево-ионных аккумуляторов почти невозможно, эксперты склоняются к новому и многообещающему накопителю энергии: литиево-серным батареям.  

Значительный вклад в совершенствование этого типа батарей внесла команда ученых под руководством профессора университета Людвига Максимилиана в Мюнхене Томаса Байна и Линды Назар из канадского Университета Ватерлоо. Они обнаружили, что пористые наночастицы углерода достигают максимально возможного выхода тока при помощи молекул серы.

В прототипах литиево-серной батареи литиево- и серо-угольные электроды обмениваются ионами лития. Сера играет в этом процессе особую роль: в оптимальных условиях один атом серы может поглощать два иона лития. Именно это, а также низкая атомная масса серы делают ее превосходным накопителем энергии.

В то же время сера – плохой проводник тока, поэтому электроны с большим трудом движутся во время зарядки и разрядки аккумулятора. Чтобы усовершенствовать конструкцию батареи, ученые из «NanosystemsInitiativeMunich» (NIM) пытаются создать серные фазы с наибольшей возможной  площадью контакта для переноса электронов путем сцепления с наноструктурным проводящим материалом.

Для этого Томас Байн и его команда из NIM сначала создали сеть из пористых наночастиц углерода. Наночастицы имеют поры шириной от 3 до 6 нанометров, благодаря чему сера может равномерно распределяться. Таким образом, почти все атомы серы могут взаимодействовать с ионами лития. В то же время они находятся вблизи проводящего углеродного материала.

«Сера легко доступна для электронов в этих новых и очень пористых наночастицах углерода, а также стабилизирована, так что мы можем достичь высокой начальной емкости, равной 1200 мА/ч, и стабильности цикла», - объясняет Томас Байн. «Результаты наших исследований подчеркивают важность наноморфологии для проведения в жизнь новых концепций сохранения энергии».

Структура углерода также уменьшает так называемую полисульфидную проблему. Полисульфиды являются промежуточными продуктами электрохимических процессов и могут оказывать негативное влияние на зарадку и разрядку батареи.

Углеродная сеть связывает полисульфиды., пока они не превратятся в полезный сульфид дилития. Ученым также удалось покрыть углеродный материал тонким слоем оксида кремния, который защитит от влияния полисульфидов без снижения проводимости.

Кроме того, ученые установили рекорд со своим новым материалом: согласно последним данным, их материал имеет наибольший объем внутренних пор (2,32 см3/г) среди всех мезопористых наночастиц углерода, а также необычайно большую площадь поверхности  – 2445 м2/г. Это похоже на то, как если бы предмет размером с кубик сахара имел площадь десяти теннисных кортов. Такие большие площади скоро могут быть спрятаны внутри наших батарей.

 

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

 

http://www.energy-daily.com/reports/Sulfur_in_every_pore_999.html

  • Дата публикации: 12.04.2012
  • 283

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться