Chytrá baterie z lithia, síry a uhlíku

Potenciál pro vylepšování klasických li-on baterií je prý již téměř vyčerpán. Jednu z možných náhrad mohou nabídnout lithium-sirné články.
Thomas Bein (LMU Mnichov), Linda Nazar (Waterloo University, Kanada) a jejich kolegové přišli s novým designem elektrochemického článku, který kombinuje porézní uhlíkové nanočástice a molekuly síry.
Lithium-sítová baterie má fungovat tak, že lithiové ionty se přenášejí mezi elektrodami lithium-uhlík a síra-uhlík. Síra přitom dokáže absorbovat 2 lithiové ionty na 1 atom síry. Zajímavé na tom je, že atom síry sám je relativně lehký, takže příslušný článek by mohl být docela efektivní z hlediska mobilních zařízení. Síra sama o sobě se ovšem k přenosu elektronů moc nehodí, protože je špatný vodič. Proces by trval příliš dlouho, tudíž článek by nedokázal zajišťovat požadovaný příkon.

Právě v této chvíli se uplatily uhlíkové nanostruktury. Uhlíkové nanočástice mají asi 3-6 nm, což má znamenat, že prakticky každý atom síry bude ve struktuře obklopen výborně vodivými kousky uhlíku. Tudíž každý z těchto atomů síry může v interakci s ionty lithia přijímat elektrony a dále je rychle předávat. Což má mít ještě další efekt: síra totiž jinak při redoxních reakcích má tendenci vytvářet polysulfidy, které jsou různě stabilní, každopádně ale zpomalují průběh reakce na finální produkt, jímž má být Li2_S (jednoduše: jde prostě o vylučování kationtu na katodě). V rámci výzkumu se podařilo najít i způsob, jak článek uspořádat tak, aby vznikající polysulfidy neměly zásadní vliv na vodivost – řešením je, že spolu s nátěrem uhlíkových nanotrubiček se dodává i SiO₂, který má zabraňovat tvorbě polysulfidů, aniž se tím negativně ovlivní vodivost jednotlivých komponent článku.
Potíž ovšem spočívá prozatím v tom, že polysulfidy jsou takto sice dočasně odstíněny od kontaktu s elektrolytem, nicméně postupně se budou stejně zpětně rozpouštět. Výsledkem by mohlo být snižování kapacity článku už během pár (desítek) nabíjecích cyklů.

Zdroj: Phys.org (physorg.com)