Posłodzona katoda lepiej działa. Akumulatory przyszłości w końcu zadebiutują na rynku?
W końcu pojawiła się szansa na rynkowy debiut akumulatorów litowo siarkowych – urządzeń lżejszych, tańszych, bardziej pojemnych i przyjaznych środowisku niż powszechnie stosowane akumulatory litowo-jonowe. Naukowcy z Monash University i CSIRO poinformowali, że wprowadzenie do katody (elektrody dodatniej) związku glukozy pozwoliło ustabilizować akumulator litowo-siarkowy. Akumulatory takie są od dawna postrzegane jako następcy technologii litowo-jonowej.
W ciągu mniej niż dekady technologia ta może doprowadzić do pojawienia się samochodów elektrycznych – w tym autobusów i ciężarówek – które na pojedynczym ładowaniu pokonają trasą pomiędzy Melbourne a Sydney [ok. 900 km – red.]. Może też pozwolić na upowszechnienie się dronów rolniczych, w których niska waga odgrywa zasadniczą rolę, mówi główny autor badań profesor Mainak Majumder.
Akumulatory litowo-siarkowe mogą przechowywać od 2 do 5 razy więcej energii na daną jednostkę wagi niż akumulatory litowo-jonowe. Problem jednak w tym, że elektrody akumulatorów litowo-siarkowych ulegają szybkiemu zużyciu. Dzieje się tak z dwóch powodów. Siarkowa katoda ulega podczas pracy dużym zmianom objętości, co ją osłabia i powoduje, że staje się niedostępna dla jonów litu. Z kolei litowa anoda ulega zanieczyszczeniu związkami siarki.
W ubiegłym roku naukowcy z Monash wykazali że są w stanie uczynić katodę bardziej dostępną dla jonów litu. Teraz zaś dowiedli, że dodając cukier do katody są w stanie ustabilizować siarkę, przez co zapobiegają jej odkładaniu się na litowej anodzie.
Testy wykazały, że taki akumulator z dodatkiem cukru wytrzymuje co najmniej 1000 cykli ładowania-rozładowywania i wciąż zachowuje pojemność większą od akumulatora litowo-jonowego. To daje nadzieję, że akumulatory litowo-siarkowe będą mogły zastąpić ciężkie i kosztowne akumulatory litowo-jonowe.
Co ciekawe, badaczy do dodania cukru do katody zainspirował artykuł z dziedziny... geochemii z 1988 roku, którego autorzy opisywali, jak bazujące na cukrach substancje, łącząc się ze związkami siarki, zyskują odporność na degradację w osadach geologicznych.
Rozwiązaliśmy wiele problemów znajdujących się po stronie katody. Wciąż jednak konieczne są innowacje, za pomocą których lepiej ochronimy anodę i umożliwimy szerokie rozpowszechnienie się akumulatorów litowo-siarkowych. To rewolucja, która czeka tuż za rogiem, mówi współautorka badań, doktor Mahdokht Shaibani.
Komentarze (21)
Ergo Sum, 13 września 2021, 14:10
ileż to już razy ....
dexx, 13 września 2021, 14:17
Dokładnie to samo pomyślałem jak tylko zobaczyłem tytuł. Na prawie każdym innym portalu nawet nie otwierał bym artykułu.
nantaniel, 13 września 2021, 16:10
Rowerowiec, 13 września 2021, 21:17
Przecież opracowanie obecnie używanych ogniw li-ion zaczęło się praktycznie 100 lat temu licząc od koncepcji do udoskonalenia i usunięcia problemów z zapłonem, do wprowadzenia do masowego użytku wszędzie gdzie można.
Upchnąć można dużo energii, ale jeszcze chodzi o to by było bezpiecznie i trwale. A tutaj jeśli mamy 6 razy większą pojemność to gdy coś pójdzie nie tak, to będzie 6 razy więcej problemów niż w obecnych li-ion.
Nikt nie zainwestuje w niepewną technologię.
radar, 13 września 2021, 21:33
ale tym razem to już na pewno, zobaczycie!
cyjanobakteria, 13 września 2021, 21:49
Ogniwa chemiczne mają twardy sufit wynikający z ograniczeń praw fizyki. Można sobie zerknąć na wiki, gdzie jest artykuł z tabelą gęstości energii paliw chemicznych i różnych ogniw. Trudno usprawnić istniejące rozwiązania, dlatego nie oczekujcie rewolucji. Z artykułu wynika, że ogniwa są znane z wyższej pojemności, tylko problem jest związany z opracowaniem wytrzymalszych baterii. Gęstość energetyczna benzyny jest znacznie większa i niesie to ze sobą ryzyko, ale problemy da się rozwiązać
orzan, 13 września 2021, 22:59
wprowadzenie do katody (elektrody dodatniej)
Mnie uczono że katoda to jest elektroda ujemna.
Jajcenty, 14 września 2021, 07:26
Chemicy są trochę pomigani. W ogniwach katoda cierpi na niedobór elektronów. Generalnie na katodzie idzie redukcja.
tempik, 14 września 2021, 08:34
właśnie nie wiem czy ten kierunek badań jest właściwy, czy ma sens na siłę szukanie czegoś co będzie wytrzymywało więcej cykli ładowania. Ja bym wybrał tanią baterię na której bym przejeżdżał 1000km i ładował w 15min i wymieniał co 15000km na nową tak jak obecnie olej silnikowy, niż taką długowieczną na której przejadę połowę mniej i pół życia spędzę jedząc hot-dogi na stacji ładowania.
dexx, 14 września 2021, 08:40
Z mojej perspektywy gęstość energii obecnych akumulatorów jest już ok, problemem jest żywotność ( choć tutaj też już jest coraz lepiej ) i prędkość ładowania.
Gdyby obecne samochody elektryczne miały zasięg 600km i można by było ładować 10min żeby przejechać 300 km ze średnią prędkością 110km/h to moim zdaniem jest to w zupełności wystarczające.
smoczeq, 14 września 2021, 08:46
Właściwy, właściwy. Weź to potem zutylizuj. Chiny i Afryka już nie bardzo chcą przyjmować naszych śmieci.
dexx, 14 września 2021, 08:51
Ale dlaczego ktoś miał by utylizować akumulatory ? Podejrzewam że proces od wydobycia do uzyskania materiału (litu kobaltu itd.) będzie w przyszłości dużo droższy niż recykling akumulatora. "Zużyty" akumulator z elektrycznego samochodu świetnie nadaje się jeszcze na magazyny energii, dlatego też tak ciężko jest znaleźć na rynku wtórnym używane akumulatory w rozsądnej cenie, a sam chętnie bym takie przytulił.
tempik, 14 września 2021, 10:19
i to jest kolejny właściwy kierunek, poszukiwanie technologii w pełni poddającej się recyklingowi. Stare akumulatory ołowiowe są w 100% przerabiane na nowe. Tutaj też kluczem do tanich AKU jest znalezienie takich katod,anod i elektrolitu które łatwo da się odzyskać i przeformować w nowe akumulatory. Dzisiaj produkcja czegokolwiek co nie nadaje się do odzysku to jakiś obłęd i katastrofa, przy tak masowej produkcji
cyjanobakteria, 14 września 2021, 11:17
Kwestia priorytetów, bo to jest zawsze kompromis: wytrzymałość, cena, parametry, etc. Z resztą nie wszystkie ogniwa się nadają do wszystkich zastosowań. Przedstawiony scenariusz jest nierealistyczny, bo bateria by pewnie kosztowała 1/3 wartości samochodu, a takich już byś tak chętnie nie wymieniał
Nie wiem, jak mocno spadły ceny ogniw, ale kiedyś to był znaczny ułamek wartości pojazdu.
tempik, 14 września 2021, 12:41
1/3 zdaje się kosztuje teraz. Jakby w końcu coś ruszyło z recyklingiem to ceny np. litu dramatycznie by spadły, bo koparki i fabryki nie przewalały by tysięcy ton skał żeby zrobić baterie do twojego nowego samochodu. ten lit przecież byś miał, już skoncentrowany w wyeksploatowanej baterii.
zamiast gonić za rekordami parametrów baterii, lepiej było by opracować ogniwa które w mało energochłonnym i mało skomplikowanym procesie dało by się "przetapiać" na nowe AKU w nieskończoność
dexx, 14 września 2021, 13:50
Mało kto się recyklingiem bo po prostu jest bardzo mało baterii do utylizacji. Firmy które zajmują się recyklingiem baterii z elektroniki użytkowej muszą obecnie sortować ogniwa z od różnych producentów i różnych typów, a chyba najtrudniejszym krokiem w recyklingu jest rozebranie ogniwa. Dla baterii w samochodach elektrycznych proces ten będzie już w miarę opłacalny. Taka Tesla S 85kW ma 7104 ogniwa wiec opłaca się budować robota który potrafi je otwierać.
cyjanobakteria, 14 września 2021, 16:36
Nic się nie da recyclingować w nieskończoność
Chociaż w przypadku metali da się odzyskać na ogół bardzo dużo, a stopy i mieszanki można łatwo przeanalizować analizatorem spektralnym.
Jajcenty, 17 września 2021, 15:12
Niby tak, ale to tylko analiza jakościowa. Ilościowa jest trochę trudniejsza. Choć przyznam, że nie wiem jak w tej chwili zaawansowane są metody optyczne. Nie to jednak stanowi problem, powiedzmy że super szybka analiza pokazuje metal jest zanieczyszczony - i co teraz? Będziesz to oczyszczał? Raczej nie, wyląduje to na wysypisku. Taki problem powoli mamy już ze stalą: https://www.researchgate.net/publication/306293969_Final_Report_on_Effect_of_Impurities_in_Steel
Recykling tak, ale nie ma recyklingu 100%, a to oznacza wysypiska i skażenia.
cyjanobakteria, 17 września 2021, 19:16
Co zrobić z zanieczyszczeniami albo składowymi stopu, to już inna kwestia. Widziałem w internecie analizator w kształcie dużego pistoletu X-RAY rodem z SF, który precyzyjnie określił pierwiastki oraz ich skład procentowy w metalu. Analiza trwała około 10 sekund, a sprzęt nie wyglądał na najnowszy i był dosyć poobcierany. Podał nawet śladowe domieszki <1% pierwiastków. Wadą zdaje się było to, że nie wykrywał niczego lżejszego niż Tytan (Ti), ze względu na słabą emisję promieniowania, więc na przykład aluminium albo tlenu, ale to prawdopodobnie tylko ograniczenie po stronie detektora. Z resztą nie wiem czy to byłoby pożądane w tego typu urządzeniu, bo każdy pomiar analizowałby widmo powietrza.
Jajcenty, 17 września 2021, 20:25
Ciekawe, dawno już w tym nie siedzę, ale co do zasady metody spektroskopowe wymagają by materiał świecił - światłem własnym lub cudzym. Wiec chyba rzeczywiście z tego fazera naparzali rentegenem
cyjanobakteria, 17 września 2021, 21:16
Dokładnie tak jest. W urządzeniu jest tuba próżniowa, która emituje X-RAY oraz detektor. Możesz sobie wygooglać "spectrum analyzer x-ray gun". Mało tego, jest podobno urządzenie innej firmy, która jednak nie radzi sobie najlepiej na rynku, które generuje promieniowanie poprzez odklejanie taśmy klejącej
Na pewno pamiętasz eksperyment sprzed dekady, w którym wykryto taką metodę generowania promieniowania 
Podobno wymienia się w nim co jakiś czas pojemnik z kawałkiem taśmy, który robi za źródło X-RAY 