Дослідники з Університету Тохоку разом із колегами з інших наукових установ розробили нову технологію, яка може суттєво прискорити появу на ринку більш ємних і довговічних літій-сірчаних акумуляторів. Їм вдалося створити спеціальний проміжний шар на основі графену та ковалентного органічного каркаса (COF), що усуває одну з головних причин швидкого зношування таких батарей.
Літій-сірчані акумулятори давно вважаються перспективною альтернативою традиційним літій-іонним. Вони здатні накопичувати значно більше енергії при меншій вазі та потенційно можуть коштувати дешевше завдяки використанню доступної сірки. Проте широке впровадження цієї технології стримувала серйозна проблема — так званий ефект полісульфідного шатла.
Під час роботи акумулятора розчинні сполуки літію та сірки мігрують між електродами. Це призводить до втрати активного матеріалу, швидкого падіння ємності та скорочення терміну служби батареї.
Щоб вирішити цю проблему, науковці створили новий інтерфейс, який поєднує графен із ковалентним органічним каркасом. Такий шар ефективно затримує полісульфіди всередині потрібної області акумулятора, не дозволяючи їм вільно переміщатися. Водночас графен забезпечує високу електропровідність, що позитивно впливає на продуктивність елемента живлення.
Під час випробувань нова конструкція продемонструвала вражаючий результат — акумулятори зберігали високу ємність навіть після понад 1000 циклів заряджання та розряджання. Для літій-сірчаних батарей це є одним із найкращих показників, адже саме довговічність досі була головною перешкодою для їх комерційного використання.
Автори дослідження вважають, що запропоноване рішення може наблизити момент, коли літій-сірчані акумулятори почнуть масово використовуватися в електромобілях, портативній електроніці та системах накопичення енергії. Поєднання високої енергетичної щільності, меншої ваги та значно збільшеного ресурсу робить цю технологію одним із найперспективніших напрямів розвитку сучасних джерел живлення.