Vědci našli cestu pro efektivní využití síry v lithiových bateriích

Nový materiál určený pro katody lithiových baterií vyvinuli vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého. Propojením vlastností modifikovaného fluorografenu a polysulfildů sodných získali poměrně levný kompozit s vysokým výkonem i stabilitou a dlouhou životností, jenž má velký potenciál uplatnit se v praxi. Výsledky publikoval časopis Advanced Functional Materials a materiál byl již podstoupen Evropskému patentovému úřadu.  

Dobíjecí lithium-iontové baterie se využívají od 90. let minulého století v elektronice. Rychlý vývoj mobilních zařízení, elektrických vozidel, ale také rozvoj mobilních informačních technologií zvyšují poptávku  po bateriích s vyšším výkonem, životností a nízkými náklady. Jako slibné alternativní řešení pro ukládání energie se ukazují lithium-sirné baterie.

„Síra má velký potenciál pro ukládání energie v lithiových bateriích a navíc se jedná o levný a ekologický materiál. Jejímu praktickému využití však dosud bránila její nízká vodivost a vylučování síry při opakovaném nabíjení/vybíjení. To vedlo k rychlému poklesu kapacity baterií. Právě na tato slabá místa jsme se zaměřili. Opírali jsme se při tom o letité zkušenosti s chemií fluorografenu a využili je při přípravě zcela nového typu elektrody s kovalentně připojenou sloučeninou síry,“ uvedl jeden z autorů Aristides Bakandritsos.   

Vědci využili jednoduchou metodu. Nejprve odstranili část atomů fluoru z fluorografenu a na uvolněná místa následně pevně navázali polysulfidy. Díky vlastnostem polysulfidů bylo navíc možné  jednotlivé vrstvy fluorografenu mezi sebou propojit.

„Přímá reakce polysulfidu sodného s fluorografenem se ukázala jako jedinečná a chemicky snadno realizovatelná cesta. Vytvořili jsme pevné kovalentní vazby mezi uhlíkovou páteří grafenu a sírou. Tím bráníme postupnému uvolňování síry při nabíjecích a vybíjecích cyklech baterií,“ objasnil první autor práce Iosif Tantis. Podle něj materiál vykazuje vynikající výkon, obsahuje jen malé množství elektrochemicky neaktivních přísad, má vysokou kapacitu i velkou stabilitu při cyklování.

„Tato jednoduchá metoda by mohla být velmi efektivní cestou pro výrobu lithium-sirných baterií s vyšším výkonem, životností i nižšími náklady. Vlastnosti vyvinutého materiálu jsou velmi atraktivní pro případnou komercializaci. Právě snadná a škálovatelná syntéza předurčuje materiály získané pomocí chemie fluorografenu k praktickým aplikacím, neboť vstupní surovina je na trhu už čtyři desítky let a využívá se jako průmyslový lubrikant,“ doplnil další z autorů Michal Otyepka.

Autor
Martina Šaradínová
21 dubna, 2021