Литий-серный аккумулятор (Li-S, Li-Sulfur) — технология аккумуляторов нового типа с катодным материалом из серы. Эта разработка конкурирует за то, чтобы вытеснить литий-ионные и стать следующим поколением перезаряжаемых батарей.
Плюсы литий-серных аккумуляторов
Теоретически способ хранения и выделения энергии с применением литий-серной электрохимической системы увеличит ёмкость элементов в пять раз, чем у литий-ионных при схожем размере и весе. Сера является многовалентным неметаллом, который может взаимодействовать с литием по двухэлектронной реакции, обеспечивая высокую теоретическую удельную ёмкость примерно 1675 мА·ч на грамм в минус первой степени, когда как у литий-ионных этот показатель меньше 300
- В 5 раз выше энергетическая плотность;
- лучше технические характеристики, чем у литий-ионных;
- в 30 раз дешевле в производстве при налаженной промышленности.
Минусы литий-серных аккумуляторов
Тем не менее, литий-серные аккумуляторы всё ещё не решили ряд физических проблем и осложнений при эксплуатации. Изолирующая природа Серы и её продукт восстановления (Li2S) приводят к нестабильному соответствию фактической и теоретической гравиметрической ёмкости.
Химические реакции внутри от чрезмерного растворения и миграции полисульфидов лития в органических электролитах приводит к стремительному снижению ёмкости и уменьшению кулоновской эффективности. Срок службы оказывается плачевным, работа нестабильна, КПД быстро падает.
- Сложности с перезарядкой и стабильностью;
- низкий КПД;
- срок службы в среднем до 150 циклов (от 50 и в теории до 1000 при решении проблем стабильности);
- всё ещё исследуются и мало опытных образцов.
Где намерены применять литий-серные аккумуляторы
- Электромобили и спецтехника на электромоторах;
- Хранилища электроэнергии в масштабах городов (например, в одном регионе энергобаланс с перевесом в потребление, в другом с избытком);
- Использование в космических аппаратах, автономных станциях, зондах.
Где уже используются литий-серные батареи?
- Аккумуляторные ячейки SION Power Corporation и Oxis Energy для электромобилей 350 Вт·ч/кг в минус первой степени [источник];
- Глубинные подводные аппараты (до 6000 м) по заказу Национального океанографического центра США [источник];
- Бескоррозионные высоковольтные элементы питания Аргоннской нацлаборатории США для беспилотников (и в перспективе для гигантских электропогрузчиков) [источник];
- Кардиостимуляторы, имплантируемые электронные медицинские устройства (безопасно, высокой ёмкости без частых зарядок хватает на много лет) [источник].
Источники для самостоятельного изучения этого типа батарей:
- «Advances in Lithium-Sulfur Batteries: From Academic Research to Commercial Viability».
[Источник: DOI: 10.1002/adma.202003666] - «Development of high-energy non-aqueous lithium-sulfur batteries via redox-active interlayer strategy».
[Источник: DOI: 10.1038/s41467-022-31943-8] - «Recent Advances in Molybdenum-Based Materials for Lithium-Sulfur Batteries».
[Источник: DOI: 10.34133/2021/5130420] - «More Reliable Lithium‐Sulfur Batteries: Status, Solutions and Prospects». [Источник: DOI: 10.1002/adma.201606823]