Арамидните кевларни нановлакна правят литиево-сярната батерия 5 пъти по-издръжлива от литиево-йонната

Литиево-серните батерии (Li-S) са в състояние да акумулират пет пъти повече енергия от днешните литиево-йонните (Li-ion) батерии със същия размер. Но те имат редица недостатъци. Най-сериозният е постепенното отмиване на сярата от катода, което намалява капацитета и значително намалява експлоатационния живот (в сравнение с литиево-йонната батерия). Екип изследователи и технолози от университета в Мичиган измисли начин да реши този проблем. Учените са използвали естествена мембрана, базирана на нановлакна от кевлар, която подобрява стабилността и позволява на Li-S батерията да издържи повече от хиляда цикъла зареждане-разреждане. Научната работа бе публикувана в списание Nature Communications.

Специалистите са използвали арамидни кевларни нановлакна, от които е направена мрежа, имитираща структурата на клетъчните мембрани (np-ANF). След това материалът се импрегнира с електролитен гел за предотвратяване на дендритния растеж. Тези игловидни израстъци (дендрити) са честа причина за повредата на батерията – те израстват от единия електрод по посока към другия и пробиват мембраната.

При зареждането и разреждането на Li-S батерия, малките частици литий и сяра, известни като литиеви полисулфиди, навлизат в лития и намаляват капацитета. Изследователите са решили този проблем чрез интегриране на малки биологични канали в изкуствената мембрана и добавяне на допълнителен електрически заряд, който отблъсква частиците, позволявайки на положително заредените литиеви йони да текат свободно от лития към сярата и обратно.

Ако тези Li-S батерии излязат на пазара, то с тяхна помощ електромобилите ще имат 5 пъти по-голям пробег. Учените от Мичиган считат, че в реални условия с използването на съвременните технологии за бързо зареждане техните Li-S батерии ще издържат 1000 цикъла – тоест, около 10 години. И още, сярата е много по-често срещана от кобалта, използван в литиево-йонните батерии.