Литий-серный аккумулятор

Литий-серный аккумулятор (сокращённо Li-S) — вторичный химический источник тока, в котором катод жидкий с содержанием серы отделён от электролита специальной мембраной.

Первые образцы подобных аккумуляторов были разработаны в 2004 году американской компанией Sion Power. Конструкция такого аккумулятора схожа с ионно-литиевым аккумуляторами, однако, в отличие от него, литий-серный аккумулятор использует вместе с литиевым анодом серосодержащий катод, за счёт чего увеличивается его удельная зарядовая ёмкость. Другая особенность Li-S — возможность использовать жидкий катод, увеличивая таким образом плотность тока через него.^[1]

Аккумулятор сделан многослойным, между анодом и катодом расположены анодные и катодные мембраны и слой электролита. Примечательна удельная ёмкость такого аккумулятора, составляющая уже у первых моделей до 300 Вт·ч/кг, что в два раза больше ионно-литиевых полимерных аккумуляторов.^[1] Теоретическая же удельная ёмкость составляет до 2600 Вт·ч/кг.^[2] Выдаваемое напряжение — 2,1 В.^[1] Размеры опытного образца — 11х35х55 мм^[3].

К другим достоинствам литий-серного аккумулятора можно отнести отсутствие необходимости использовать компоненты защиты, низкая себестоимость, широкий диапазон температур, при которых такой аккумулятор способен работать, и общую экологическую безопасность^[2].

К недостаткам литий-серного аккумулятора следует отнести очень короткое время жизни (всего 50-60 циклов заряд-разряд)^[4]

В результате исследований, команде ученых из Стэндфорда удалось стабилизировать время жизни на уровне 100 циклов заряд-разряда, при падении емкости на 10-20% от изначальной. Однако примененный учеными способ (добавление полиэтиленгликоля, полуокисленного графена и микрочастиц сажи) приводит к очень высокому разбросу параметров катодов - лучшие из них дают 10% потерь, худшие - 25%.^[5]

Именно такой тип аккумуляторов использовался в августе 2008 года при рекордно высоком и продолжительном полёте на самолёте на солнечных батареях^[6].

Химическая реакция

Разряд

S₈ → Li₂S₈ → Li₂S₆ → Li₂S₄ → Li₂S₃

Заряд

Li₂S → Li₂S₂ → Li₂S₃ → Li₂S₄ → Li₂S₆ → Li₂S₈ → S₈

Химическая реакция литий-серного аккумулятора идентична химической реакции серно-натриевого аккумулятора, только в данном случае роль натрия выполняет литий^[7].

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3} Литий-серные аккумуляторы для портативных устройств
2. ↑ ^{1 2} Перспективные источники тока
3. ↑ Разработан самый емкий на сегодня аккумулятор
4. ↑ Построен новый тип сверхъёмкого литиевого аккумулятора
5. ↑ Графен повысил живучесть ультраёмких батарей
6. ↑ BBS News: «Solar plane makes record flight»  (англ.)
7. ↑ Tudron, F.B., Akridge, J.R., and Puglisi, V.J. (2004): Lithium-Sulfur Rechargeable Batteries: Characteristics, State of Development, and Applicability to Powering Portable Electronics (Tucson, AZ: Sion Power)  (англ.)

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации.