Baterie litowo-siarkowe (Li-S) od dawna uważane są za następny wielki krok w technologii przechowywania energii, obiecując tańszą alternatywę, pięciokrotnie wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność niż konwencjonalne baterie litowo-jonowe. Jednak pomimo ich potencjału, napotykają znaczące wyzwania, takie jak utrata pojemności i słaba stabilność cykli. Jednym z możliwych podejść do przezwyciężenia tego problemu jest modyfikacja spoiwa, zastępując sztywny polimer PVDF (fluorowodorek poliwinyloidenowy) materiałem, który może dostosować się do zmian objętości elektrody podczas ładowania i rozładowania.

Niedawne badanie opublikowane w czasopiśmie "Communications Materials" pokazuje, jak karagen, naturalny polimer pozyskiwany z czerwonych alg, może znacząco poprawić wydajność baterii Li-S. Elektrody baterii w tym przypadku składają się tylko z siarki, węgla jako dodatku przewodzącego oraz spoiwa karagenowego, które łączy system katodowy. Używając wody zamiast toksycznych rozpuszczalników, karagen umożliwia czystszy i bardziej zrównoważony proces produkcji elektrod, a nie tylko pomaga w łączeniu komponentów, ale wykazuje również większą efektywność niż stosowany obecnie w przemyśle PVDF.

Jednym z kluczowych rezultatów badania jest to, że elektrody na bazie karagenu zachowują do 69,1 proc. swojej pojemności po 1000 cyklach ładowania-rozładowania przy 4 C, co jest szybkim ładowaniem-rozładowaniem w ciągu 30 minut, przewyższając konwencjonalne elektrody ze spoiwem PVDF, które ulegają zwarciu po kilku setkach cykli ładowania-rozładowania.

"W przeciwieństwie do PVDF, który działa jako czysto fizyczne spoiwo, karagen zawiera grupy esterowo-siarkowe, które wchodzą w interakcje z polusulfidami litu, główną przyczyną degradacji w bateriach Li-S. Aktywna rola karagenu w stabilizacji gatunków siarki została również potwierdzona przez pomiary operando metodą spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego (XAS), która dostarczyła informacji w czasie rzeczywistym o reakcji elektrochemicznych zachodzących w baterii" - przekazało Centrum SOLARIS.

Należy podkreślić że pomiar baterii Li-S przy użyciu techniki XAS umożliwił opracowanie kilku innowacyjnych rozwiązań, które można uznać za pionierskie. Jednym z nich jest fakt, że w energiach, w których siarka może być wykrywana, nawet kilka centymetrów powietrza blokuje promieniowanie rentgenowskie. Na linii ASTRA zaprojektowano takie ustawienia, w którym możliwe było skanowanie całej objętości ogniwa w trakcie pracy i dzięki temu można było dokładnie określić ilość związków siarki.

źródło: uj.edu.pl, autor: Łukasz Wspaniały