Является ли сера будущим для более дешевых и лучших аккумуляторов?

Аккумуляторы уже являются стержнем некоторых областей нашей жизни: как для питания все более растущего парка электромобилей, так и для хранения электроэнергии из возобновляемых источников энергии в сети. Сегодня литий-ионные аккумуляторы являются преобладающим выбором для обеих отраслей.

Реклама

Но чем больше потребность в батареях, тем сложнее будет найти необходимые материалы, такие как кобальт и никель, некоторые из которых добываются в спорных условиях. Альтернативой может стать дешевый и распространенный материал: сера.

Американский стартап Lyten планирует в этом году поставить своим первым клиентам ограниченное количество литий-серных элементов, из которых можно будет создавать батареи разных размеров. В их число входят компании аэрокосмической и оборонной промышленности. Если они окажутся успешными, в среднесрочной перспективе их также можно будет использовать в электромобилях.

Когда дело доходит до новых вариантов аккумуляторов, «нам нужно что-то, что мы можем производить в больших количествах и быстро. Литий-серные аккумуляторы отвечают всем требованиям», — говорит Селина Миколайчак, главный специалист по технологиям аккумуляторов компании Lyten. Серы много, и она недорога, поэтому литий-серные батареи можно производить гораздо дешевле. Затраты на материалы примерно вдвое ниже, чем у литий-ионных элементов, говорит Миколайчак.

Малый вес, высокая волатильность

Литий-серные батареи также могут превзойти литий-ионные батареи в одном важном пункте: плотности энергии. Литий-серная батарея может хранить почти в два раза больше энергии, чем литий-ионная батарея того же веса. Это особенно выгодно для электромобилей, поскольку меньший вес означает больший запас хода. Однако по-прежнему существуют серьезные технические препятствия, которые Lyten необходимо преодолеть, чтобы сделать свою продукцию пригодной для использования в Электромобили готовы, например, с точки зрения долговечности.

Сегодняшние литий-ионные аккумуляторы для электромобилей могут работать 800 циклов и более. Это означает, что их можно разряжать и заряжать 800 раз. Литий-серные варианты имеют тенденцию разлагаться гораздо быстрее. В настоящее время они выдерживают около 100 циклов, говорит Ширли Мэн, исследователь аккумуляторов из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории.

Это потому что Химические реакции, которые приводят в действие литий-серные батареи, трудно сдержать. Нежелательные реакции между литием и серой сокращают срок службы аккумуляторов.

Lyten — не первая компания, изучающая перспективные литий-серные батареи. Технология изучалась десятилетиями. Некоторые компании, такие как британская Oxis Energy, закрылись, а другие, в том числе Sion Power, отказались от литий-серной продукции. Но растущий спрос на альтернативы и растущий интерес к альтернативным батареям могут привести к тому, что Lyten преуспеет там, где предыдущие усилия потерпели неудачу, говорит Мэн.

Графен как вспомогательный материал

По словам представителя компании Миколайчак, компания Lyten добилась прогресса в продлении срока службы своих батарей: некоторые образцы недавно достигли 300 циклов. Она связывает успех с 3D-графеновым материалом Lyten, который предотвращает нежелательные побочные реакции и увеличивает плотность энергии клетки. Компания также хочет использовать 3D-графен, имеющий более сложную структуру, чем двумерная версия, в других продуктах, таких как датчики и композитные материалы.

Несмотря на недавние достижения, Lyten еще далека от производства батарей, которые будут работать достаточно долго, чтобы питать электромобиль. Тем временем компания хочет вывести свои элементы на рынок, где срок службы не так важен. Поскольку литий-серные батареи могут быть очень легкими, компания работает с клиентами, которые… Дроны «Сборки, в которых частая замена батарей оправдала бы экономию веса», — говорит директор по устойчивому развитию Lyten Кейт Норман.

В 2023 году компания открыла пилотное производство с максимальной мощностью 200 000 ячеек в год. Недавно компания начала производить небольшое количество аккумуляторов, которые, как ожидается, будут доставлены платящим клиентам позднее в этом году. Что это за клиенты, Lyten не уточняет.

Несмотря на то, что литий-серные батареи все еще находятся на ранней стадии своего развития, Lyten верит в потенциал: как отмечает Селина Миколайчак, литий-ионные батареи продолжают совершенствоваться с точки зрения стоимости, срока службы и плотности энергии. Это то, чего мы ожидаем от альтернативных технологий. Низкие затраты на материалы – хорошее начало.

(и т. д.)