Baterie litowo-siarkowe - lekarstwo na problemy energetyczne współczesnych gadżetów
Naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii, Uniwersytetu Arizony z Tucson i Narodowego Uniwersytetu Seulskiego opracowali nowy typ baterii, które są lżejsze, mniejsze, bardziej wytrzymałe i przede wszystkim tańsze od wykorzystywanych obecnie ogniw litowo-jonowych (li-ion). Czy to oznacza długo wyczekiwaną rewolucję?
Urządzenia mobilne ewoluują w niewyobrażalnym tempie. Przez zaledwie kilka ostatnich lat telefony komórkowe zostały wyposażone w potężne ekrany o doskonałej jakości obrazu, a ich wnętrza kryją superwydajne podzespoły radzące sobie z najbardziej wymagającymi procesami. Z kolei zaawansowane oprogramowanie zmienia je w niewielkie, podręczne komputery. Ciekawe jednak, że przez cały ten czas jeden z ich kluczowych elementów wciąż stoi w miejscu, jakby zupełnie pominięty przez postęp. Chodzi naturalnie o baterie - zmorę współczesnej elektroniki mobilnej.
Producenci starają się jak mogą, aby zagwarantować użytkownikom smartfonów przynajmniej dwa dni na jednym ładowaniu. Robią to jednak poprzez powiększanie gabarytów akumulatorów lub stosując coraz mniej energożerne podzespoły. Poważnych zmian w samych bateriach wciąż brakuje. Problem dotyczy nie tylko telefonów, ale również komputerów i być może przede wszystkim samochodów. Aktualnie akumulatory pojazdów o napędzie elektrycznym trzeba ładować przez kilka godzin, a ich zasięg wynosi nieco ponad 100 km. Teraz wyobraźmy sobie sytuację, w której czas uzupełniania energii skraca się do kilku minut, a zasięg zwiększa kilkukrotnie.
Międzynarodowa grupa naukowców wie, jak skonstruować bardziej wytrzymałe, mniejsze i tańsze baterie. Kluczem do sukcesu okazała się siarka. Powszechnie wykorzystywane akumulatory li-ion mają duże katody, wykonane głównie z tlenku kobaltu, który jest drogi, a poza tym ogranicza gęstość energii. W efekcie nie spisuje się zbyt dobrze w urządzeniach o znacznym zapotrzebowaniu na energię, co doskonale wiemy.
Wszystkie te ograniczenia nie dotyczą baterii litowo-siarkowych, co nie oznacza, że nie są pozbawione wad. Siarka łatwo łączy się z litem tworząc krystalizujące związki. W efekcie już po kilkudziesięciu ładowaniach akumulator staje się bezużyteczny. W przypadku smartfonów, tabletów, komputerów i samochodów jest to jak wyrok śmierci.
Naukowcom udało się jednak rozwiązać ten problem. Wystarczyło podgrzać siarkę do temperatury 185 stopni Celsjusza, aby przekształcić jej ośmioatomowy pierścień w łańcuch. Tak zmodyfikowany składnik zmieszano z substancją (DIB), która połączyła łańcuchy, aby te utworzyły kopolimery (substancje o gęstej masie, rodzaj polimerów). Badacze ochrzcili ten proces mianem odwrotnej wulkanizacji. Jedyna trudność polegała na połączeniu obu składników w odpowiednich proporcjach, ponieważ zbyt mała ilość DIB nie chroniła skutecznie katody, a zbyt duża zmniejszała gęstość energii. Ostatecznie ustalono, że masa DIB powinna stanowić od 10 do 20 proc. mieszaniny.
Naukowcy zapewniają, że opracowane przez nich baterie litowo-siarkowe zużywają się wolniej od odpowiednika litowo-jonowego, a poza tym ich produkcja jest bez porównania tańsza i szybsza. Same akumulatory działają dłużej i są mniejsze, więc wydłużą czas pracy urządzeń i zajmą mniej cennej przestrzeni. Na ich rynkowy debiut będziemy musieli niestety poczekać, ponieważ nowa technologia wymaga licznych badań i udoskonaleń.
