Едно от най-големите притеснения за всеки, който обмисля да закупи или вече притежава електромобил, е какво ще се случи, когато батерията се износи. В някои случаи цените на този компонент почти се изравняват със стойността на целия електромобил, така че това си е един доста сериозен недостатък. Освен това максималният пробег с едно зареждане съвсем обърква сметките, съответно производителите трябва да се подготвят сега, за да не се сблъскваме с по-големи проблеми в бъдеще. Ето защо някои учени се насочват към потенциалното създаване на литиево-серни батерии. Екип от изследователи от университета в Мичиган се е заел с разработването на батерия с 1000 цикъла, която може да удвои обхвата на електромобила. Те разкриват и основните причини за този свой избор. Теоретичната енергийна плътност на литиево-сярната клетка (Li-S) е 2510 Wh/kg в сравнение с 300 Wh/kg на литиево-йонната. Това означава, че Li-S батериите могат да съхраняват два до пет пъти повече енергия от литиево-йонните и от своя страна могат да издържат значително по-дълго с едно зареждане, осигурявайки по-голям обхват. Освен това сярата е с относително ниска цена, понеже е деветият най-разпространен елемент на Земята. Има обаче един непреодолим проблем - Li-S батериите не могат да се презаредят достатъчно пъти, за да бъдат търговско изгодни. Ако не сте пропускали уроците по химия, най-вероятно знаете причината - зареждането на Li-S батерия причинява натрупване на химически отлагания, които разграждат клетката и съкращават нейния живот. Тези отлагания образуват тънки структури, които се отлагат по литиевия анод. В резултат на това те разграждат и електролита и потенциално могат да причинят късо съединение и прегряване.

Вторият проблем е известен като проблем с „литиеви полисулфиди“. Когато литиевите йони се абсорбират от серния електрод (катода), те реагират и образуват литий-съдържащи серни съединения: полисулфиди. Тези съединения не само разграждат серния катод, но също така текат към литиевия анод и се прикрепят към него. Това причинява изолация на анода и влошава производителността на батерията.

За да се справи с тези проблеми, изследователският екип разработи мембрана, изработена от рециклиран кевлар - същия материал, използван в бронежилетките.

Тази мембрана позволи на изследователите да изградят мрежа от арамидни нановлакна, които биха могли успешно да елиминират двата вече споменати проблема. Но за да предотврати потока от литиеви полисулфиди, екипът трябваше да се увери, че мембраната има способността да провежда процес, наречен „йонна селективност“. Просто казано, изследователите трябваше да гарантират, че кевларовата мембрана ще позволи на литиевите йони да протичат между анода и катода на батерията, като същевременно блокират потока на полисулфидите. За да направят това, те добавиха електрически заряд към порите на мембраната и използваха самите полисулфиди. Тъй като литиевите полисулфиди се залепват за мембраната от нановлакна, техните отрицателни заряди отблъскват литиевите полисулфидни йони, които продължават да се образуват на серния електрод. Положително заредените литиеви йони обаче можеха да преминават свободно. Според водещия изследовател Николас Котов дизайнът на батерията е „почти перфектен“, като капацитетът и ефективността й се доближават до теоретичните граници.
Нещо повече, той може да издържи на екстремните температури, които са типични за процесите в автомобилите. Животът на батерията в реалния свят може да бъде по-кратък при бързо зареждане, приблизително 1000 цикъла, казва той, което се счита за десетгодишен живот.

Университетът в Мичиган е патентовал мембраната и се очаква екипът на Котов да основат компания, която скоро да започне да предлага технологията на пазара.

Снимки: Shutterstock

Виж още: Бензиновите коли са изложени на 100 пъти по-голям риск от пожар спрямо електрическите