Inteligentny filtr rozwiązuje główny problem
Akumulatory litowo-siarkowe szybko się degradują z powodu efektu wahadłowego, który dotychczas uniemożliwiał ich komercjalizację. Problem polega na tym, że podczas pracy akumulatora tworzą się polisulfidy litu, czyli substancje chemiczne, które przemieszczają się między elektrodami i powodują szybką degradację. Önder Tekinalp z NTNU i jego zespół skoncentrowali się na separatorze, elemencie oddzielającym elektrody w akumulatorze. Dodali do niego powłokę HiSep-II, która działa jak inteligentny filtr. Jak zauważają, blokuje ona szkodliwe substancje chemiczne i pozwala użytecznym jonom litu swobodnie przechodzić . To prostsze rozwiązanie niż dotychczasowe próby ulepszania materiałów katodowych czy elektrolitów. Zespół Tekinalpa skupił się wyłącznie na separatorze, co czyni technologię bardziej skalowalną i łatwiejszą do wdrożenia.
Czytaj też: Padł rekord wydajności ogniw słonecznych. Afryka wyznacza trendy
Wyniki laboratoryjne zaprezentowane przez NTNU pokazują dramatyczną poprawę wydajności. Akumulatory litowo-siarkowe z powłoką HiSep-II zwiększają liczbę cykli ładowania z zaledwie 200 do imponujących 1000. To oznacza pięciokrotne wydłużenie żywotności. Jest to bez wątpienia przełom, który otwiera drzwi do masowej komercjalizacji. Dla porównania: typowy akumulator litowo-jonowy w smartfonie wytrzymuje około 500-800 cykli ładowania. Nowa technologia stawia akumulatory Li-S na podobnym poziomie, lecz z dodatkowymi korzyściami: większą gęstością energii, szybszym ładowaniem i wyższym poziomem bezpieczeństwa. Siarka, główny składnik tych akumulatorów, jest łatwo dostępna i niedroga. To kolejna przewaga nad akumulatorami litowo-jonowymi, które wymagają kosztownych materiałów jak kobalt czy nikiel.
Rewolucja w samochodach elektrycznych
Wpływ na przemysł motoryzacyjny może być ogromny. Typowy pakiet akumulatorów 800-woltowych w samochodzie elektrycznym mógłby być lżejszy o ponad 200 kilogramów dzięki zastosowaniu technologii Li-S z powłoką HiSep-II. Taka redukcja wagi przekłada się bezpośrednio na większy zasięg pojazdu, lepszą wydajność energetyczną, poprawę właściwości jezdnych czy też niższe koszty produkcji.
Chociaż HiSep-II nie został jeszcze użyty w samochodach elektrycznych, pokazaliśmy, że może on radzić sobie z efektem wahadłowym. Było to głównym hamulcem komercyjnego wykorzystania – aż do teraz — Önder Tekinalp
Szerokie zastosowania poza motoryzacją i droga do komercjalizacji
Kristina Nydal z biura transferu technologii NTNU widzi potencjał technologii w wielu branżach. Akumulatory Li-S z powłoką HiSep-II mogą znaleźć zastosowanie w lotnictwie i kosmonautyce (gdzie waga jest kluczowa), dronach (wymagających lekkiego źródła energii), transporcie morskim (bo liczy się tam długowieczność) czy magazynowaniu zielonej energii (szczególnie w instalacjach słonecznych i wiatrowych). NTNU opatentowało technologię w 2023 roku i współpracuje z biurem transferu technologii nad wprowadzeniem jej na rynek. Proces produkcji powłoki jest przyjazny dla środowiska i zaprojektowany do łatwego skalowania.
Czytaj też: Odpady jądrowe staną się… cenne? Naukowcy: to może być źródło energii
Jednak przed masową komercjalizacją pozostają wyzwania. Technologia musi przejść niezależne testy zewnętrznych podmiotów, a przemysł musi udowodnić, że może produkować ją na skalę przemysłową w sposób bezpieczny i opłacalny. NTNU obecnie poszukuje partnerów licencjonowanych do finansowania dalszych testów i komercjalizacji. Koszty procesów patentowych oraz konieczność potwierdzenia długoterminowej wydajności to główne bariery przed wprowadzeniem technologii na rynek. Przełom norweskich badaczy może wreszcie uwolnić potencjał akumulatorów litowo-siarkowych. Jeśli technologia przejdzie pomyślnie przez fazę komercjalizacji, czeka nas prawdziwa rewolucja w magazynowaniu energii: od lżejszych samochodów elektrycznych po wydajniejsze systemy przechowywania zielonej energii.