Литий-серные батареи обладают преимуществом легкости при том же уровне энергии, что и литий-ионные аккумуляторы, и являются более экологичными. Однако их коммерческое внедрение сталкивается с рядом технологических проблем, особенно с ограниченным сроком службы, что сдерживает их массовое производство.
Исследование, проведенное командой Университета штата Вашингтон и опубликованное в журнале Journal of Power Sources, показало, что использование кукурузного белка в качестве защитного барьера для литий-серных батарей значительно улучшает их характеристики. Специальный сепаратор из кукурузного белка, в сочетании с традиционными пластиковыми материалами, позволил батарее, размером с пуговицу, сохранить работоспособность в течение 500 циклов зарядки — это существенно больше, чем у традиционных литий-серных аккумуляторов без такой защиты.
Преимущества литий-серных батарей
Литий-серные аккумуляторы обладают значительно большей теоретической энергоемкостью по сравнению с литий-ионными батареями, что делает их идеальными кандидатами для использования в транспортных средствах и авиации. Для этих приложений потребуется гораздо меньшее количество батарей, которые будут при этом легче. Вдобавок, использование серы в качестве катодного материала делает такие батареи более экологичными, поскольку сера доступна в больших объемах, дешевле и не токсична. В отличие от этого, литий-ионные аккумуляторы используют металлы, такие как кобальт и никель, которые являются токсичными и дорогими.
Роль кукурузного белка
Исследователи использовали кукурузный белок для создания сепаратора в середине литий-серной батареи, что решает сразу несколько проблем. Белок взаимодействует с материалами батареи, улучшая движение ионов лития и подавляя так называемый челночный эффект — проблему, когда ионы не могут стабильно двигаться, что сокращает срок службы батареи. Благодаря своему природному происхождению и устойчивости кукурузный белок оказался отличным материалом для этого применения.
Как работает белок?
Белок состоит из аминокислот, которые вступают в реакцию с материалами батареи, улучшая ионный обмен и стабилизируя зарядку. Белковая структура естественным образом складывается, что позволяет добиться эффективного взаимодействия с материалами аккумулятора. Исследователи также добавили гибкий пластик, чтобы улучшить характеристики белка и сделать его более стабильным.
Будущие исследования и перспективы
Исследователи продолжат работу над улучшением структуры белка и оптимизацией его взаимодействий с другими компонентами аккумуляторов. Они планируют провести дополнительные численные исследования и эксперименты, чтобы лучше понять, какие именно аминокислоты играют ключевую роль в повышении эффективности батареи и как можно улучшить их взаимодействие для борьбы с челночным эффектом и проблемами дендритов.
Кэти Чжун, профессор Школы механики и материаловедения и один из авторов исследования, отметила: «Это исследование продемонстрировало простой и эффективный способ улучшить производительность литий-серных батарей, что открывает большие перспективы для их использования в различных областях».
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
