Объединенная группа исследователей из Пекинского технологического института и Кембриджского университета разработала новый вид катодов с применением графена для аккумуляторов литий-серного типа. Конструкторы в своем открытии задействовали металорганические структуры, с помощью которых в последнее время активно разрабатываются ресурсы для хранения водорода, различные мембранные системы и разнообразные катализаторы реакций.

Исследователи создали при помощи ультразвуковых волн пористую углеродную сетку, в которой серо-углеродистые соединения вступают в химические реакции и накаливают электрический заряд. Покрыв же углеродную сетку слоем графена, ученые получили структуру, в которой скорость перемещения положительно и отрицательно заряженных частиц значительно возрастает. По словам одного из исследователей, созданная структура выступает в роли физического барьера, который задерживает в своих порах активные элементы. Благодаря этомубарьеру возрастает стабильность циклов перезарядки и общая энергоэффективность элементов питания.

Аккумуляторы литий-серного типа представляют из себя достаточно перспективную технологию. Прототипы таких аккумуляторов были созданы примерно десятилетие назад. Внутреннее обустройство батарей литий-серного типа в целом напоминает привычные литий-ионные элементы питания, но при этом в них дополнительно задействован катод с примесью серы. За счет такого решения у аккумуляторов данного типа возрастает удельная емкость заряда, который способна накапливать анодно-катодная пара.

К тому же для повышения энергоемкости можно использовать жидкий катод, который также отличается высокой удельной емкостью. По оценкам исследователей, подобное технологическое решение позволило уже на начальных этапах работ получить прототип аккумулятора с удвоенной энергоемкостью по сравнению с обычными литий-ионными батареями. Ну а в перспективе возможен дальнейший значительный рост емкости заряда вплоть до теоретически рассчитанного значения в 2,6 кВтч/кг, что на порядок превышает удельную емкость разработанного прототипа.

Также аккумуляторы литий-серного типа характеризуются низкой стоимостью производства, упрощенной внутренней конструкцией за счет отсутствия необходимости в элементах защиты, и высокой безопасностью для окружающей среды. К тому же подобные элементы питания могут эксплуатироваться в гораздо более широком диапазоне температур по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами.

Единственной до сих пор нерешенной проблемой, которая мешает массовому выводу таких элементов питания на рынок, является их невысокая длительность эксплуатации, поскольку подобные аккумуляторы выдерживают не более полусотни циклов заряда-разряда. Если исследователям удастся решить данную задачу, то всех нас ожидает значительное снижение стоимости элементов питания для носимой электроники наряду с длительным сроком их автономной работы без дополнительной перезарядки.