Akumulátory typu lítium-síra majú mať oproti tým súčasným až päťnásobnú kapacitu, ich problémom bola krátka životnosť.
- Batérie typu Li-S môžu byť ľahšie a lacnejšie než články Li-ion.
- Na svoje fungovanie nepotrebujú viaceré vzácne kovy.
- Najväčší problém predstavuje nízky počet nabíjacích cyklov.
- Riešením má byť membrána z recyklovaného kevlaru.
Dnešnému svetu batérii vládne technológia Li-ion. Má viaceré známe nevýhody, množstvo ľudí sa preto zaoberá vývojom lepšieho riešenia. Veľa sa hovorí o akumulátoroch s pevným elektrolytom. Sľubne však vyzerajú aj články typu lítium-síra (Li-S), ktorých najväčší problém sa pravdepodobne podarilo vyriešiť vedcom z Michiganskej univerzity.
Problémom sú zlúčeniny na anóde
Potenciál batérii typu Li-S je známy dávno, v roku 2020 o ňom hovorila aj Európska komisia. Oproti dnes najrozšírenejším exemplárom disponujú tieto články výrazne vyššou energetickou hustotou. Podľa amerických výskumníkov majú mať až päťnásobnú kapacitu, pri porovnateľnom objeme uloženej elektriny teda môžu byť menšie a omnoho ľahšie.
V prospech tohto riešenia hovoria tiež použité materiály. Netreba tu napríklad kobalt, nikel alebo kadmium, čo sú vzácne kovy zvyšujúce cenu súčasných akumulátorov. Ich škrtnutie tak obmedzuje výrobné náklady. Síra je na druhej strane odpadovým produktom viacerých priemyselných odvetví, zloženie má teda aj pozitívny ekologický rozmer.
Zásadným nedostatkom batérii Li-S je ich krátka životnosť, prototypy zvládli len 10 nabíjacích cyklov. Dôvodom bolo hromadenie zlúčenín na anóde. Jej povrch postupne pokrývali polysulfidy (zlúčenín síry a lítia), pričom zároveň na nej rástli stromom podobné lítiové štruktúry. Tieto takzvané dendrity časom dosiahli katódu a spôsobili skrat.
Teoreticky vyše 3 500 nabíjacích cyklov
Vedci zo spomínanej Michiganskej univerzity teraz v batériách Li-S hlásia prelom, keďže ich najväčší problém dokázali odstrániť. Riešením má byť membrána z recyklovaného kevlaru. Tá zastaví presun polysulfidov a zároveň zabráni dendritom dosiahnutie katódy.
Textilná zábrana nijak neobmedzuje pohyb iónov lítia. Jednotlivé častice nebolo pre podobnú veľkosť možné oddeliť mechanicky, výskumníci sa preto inšpirovali prírodou. Pórom membrány dali pozitívny náboj zabezpečujúci potrebné vlastnosti.
Zvolené riešenie by podľa štúdie zverejnenej v magazíne Nature Communications mohlo priniesť teoretickú výdrž viac než 3 500 nabíjacích cyklov. V reálnych podmienkach by ich malo byť minimálne 1 000. To je číslo, ktoré už možno porovnávať s článkami typu Li-ion.
Na výrobu si ešte pár rokov počkáme
Tím vedcov z Michiganskej univerzity nie je jediný, ktorý na akumulátoroch Li-S pracuje. Pozornosť získal napríklad patent Tomáša Kazdu pôsobiaceho na VUT (Vysoké učení technické) v Brne. Ten chce nedostatky technológie riešiť špeciálnou úpravou elektród, ktorá zabráni negatívnym javom počas fungovania batérie.
Kazda podal svoju patentovú žiadosť spoločne s nórskou firmou Graphene Batteries, ktorá plánuje články typu lítium-síra vyrábať. Prvú časť svojej továrne má mať hotovú v 2024. Zatiaľ neráta s produkciou pre zákazníkov, ale s pokračovaním výskumu a vývoja.
V súčasnosti vyrába akumulátory Li-S iba britská spoločnosť Oxis Energy. Jej produkt podľa Kazdu vydrží zhruba 100 nabíjacích cyklov, no samotná firma chce do dvoch rokov dosiahnuť číslo 500. Pre bežnú komerčnú aplikáciu zatiaľ jej batérie nie sú veľmi vhodné.
Na výrobu článkov s kevlarovou membránou si ešte pár rokov počkáme. Hoci vyvíjané sú primárne pre elektromobily, revolúciu môžu znamenať aj v ďalších oblastiach. Ide najmä o spotrebnú elektroniku. Batérie lítium-síra by mohli priniesť späť dobu, kedy mobilné telefóny stačilo nabíjať raz za týždeň.