Новости

Mar 24, 2024

Обещание лития

Стимулируя перемены. Литий-серная батарея с низкой стоимостью и высокой плотностью может обеспечить будущее транспорта — если она когда-либо появится на рынке. Кэти Ференбахер, 7 марта 2023 г. Lyten, калифорнийская компания

Движение к переменам

Низкая стоимость и высокая плотность, литий-серная батарея может обеспечить будущее транспорта — если она когда-нибудь появится на рынке.

Кэти Ференбахер

7 марта 2023 г.

Lyten, калифорнийский стартап, разрабатывает литий-серную батарею. Компании и ученые пытаются разгадать код революционной батареи, которая может стать следующей на очереди после литий-ионной. Изображение через Shutterstock/T. Шнайдер

Элемент сера дешев и в изобилии. На Земле его так много, что большие желтые кучи этого материала обычно остаются возле заводов по переработке ископаемого топлива после того, как из него удалили нефть и природный газ.

Но электрохимики — ученые, которые исследуют, как химические реакции создают электричество — уже давно рассматривают серу как заманчивую перспективу невероятного хранения энергии. Это связано с тем, что сочетание лития и серы потенциально может создать необычную батарею, которая сможет хранить больше энергии и быть дешевле, чем литий-ионные батареи, используемые сегодня в ноутбуках и электромобилях.

Коммерческая литий-серная батарея могла бы сделать «электрификацию чем-то обильным», где «легко электрифицировать все», сказала Селина Миколайчак, директор по технологиям аккумуляторов стартапа Lyten, на саммите Bloomberg New Energy Finance Summit в Сан-Франциско в январе. Lyten разрабатывает литий-серную батарею.

Современным литий-ионным батареям мешает ограниченное предложение никеля. Кобальт, еще один ключевой ингредиент сегодняшних литий-ионных батарей, в основном добывается в Демократической Республике Конго, где кобальтовые рудники страдают от проблем с правами человека. Идея состоит в том, что обилие серы и низкая стоимость могут сделать литий-серную батарею намного дешевле и менее зависимой от проблемных регионов, чем нынешний литий-ионный аккумулятор, который стоит около 150 долларов за киловатт-час.

В то же время использование серы в батарее может обеспечить теоретическую сверхвысокую плотность энергии или количество энергии, которое батарея может удерживать на одном заряде. Сегодняшние электромобили могут проезжать около 300 миль на одной зарядке, но литий-серная батарея потенциально может удвоить этот запас хода или создать электромобиль, который весит вдвое меньше, чем его литий-ионный эквивалент.

По крайней мере, это большие надежды. Литий-серные батареи все еще используются в исследовательских лабораториях.

Но по мере того, как деньги текут в развивающийся аккумуляторный сектор США благодаря Закону о сокращении инфляции, компании и ученые пытаются взломать код и разработать революционную батарею, которая может стать следующей на очереди после литий-ионных. На кону стоит технология, которая потенциально может ускорить развитие электромобилей и сохранение чистой энергии.

Большой вопрос заключается в том, сможет ли компания разработать и произвести литий-серную батарею, которая будет работать так, как рекламируется, при ее производстве в больших объемах. Пока стартапы, исследователи и крупные производители аккумуляторов работают над химией, литий-серные батареи не производятся в промышленных масштабах.

«Сера неуправляема. Литий неуправляем. Когда вы соединяете эти два элемента вместе, вы получаете химию, с которой действительно трудно работать», — сказал Миколайчак на саммите BNEF. «Есть причина, по которой эта химия долгое время не использовалась».

Одна из проблем заключается в том, что сера, используемая в качестве катода литий-серной батареи, претерпевает фазовый переход при зарядке и разрядке. Он переходит из твердого состояния в жидкое и снова обратно в твердое. Это делает его действительно «суетливым», сказал Миколайчак. «Работать с ним больно. От этого голова взрывается».

Первые попытки создания литий-серных батарей показали, что соединения серы растворяются в электролите, среде (обычно жидкой), через которую ионы заряжаются и разряжаются.

Многие попытки разработать литий-серные батареи заканчивались низкофункциональными батареями, в которых образуются дендриты — крошечные металлические структуры, которые могут образовываться в процессе зарядки. Дендриты вызывают короткое замыкание и выход из строя батареи, а литий-серные батареи испытывают проблемы с поддержанием высоких циклов зарядки.