Lithium-sírové (Li-S) baterie byly dlouho považovány za další velký krok v technologii skladování energie, slibující levnější alternativu, pětkrát vyšší hustotu energie a delší životnost než běžné lithium-iontové baterie. Navzdory svému potenciálu však čelí významným výzvám, jako je ztráta kapacity a špatná cyklistická stabilita. Jedním z možných přístupů k překonání tohoto problému je modifikace pojiva nahrazením tuhého PVDF (polyvinylidenfluoridu) polymeru materiálem, který se dokáže přizpůsobit změnám v objemu elektrody během nabíjení a vybíjení.

Nedávná studie publikovaná v časopise Communications Materials ukazuje, jak může karagenan, přírodní polymer získaný z červených řas, výrazně zlepšit výkon Li-S baterií. Elektrody baterie se v tomto případě skládají pouze ze síry, uhlíku jako vodivého aditiva a karagenanového pojiva, které spojuje katodový systém. Použitím vody místo toxických rozpouštědel umožňuje karagenan čistší a udržitelnější proces výroby elektrod a nejen pomáhá spojovat komponenty dohromady, ale také vykazuje vyšší účinnost než PVDF, které se v současnosti v průmyslu používá.

Jedním z klíčových výsledků studie je, že elektrody na bázi karagenanu si udrží až 69,1 procent své síly. jeho kapacita po 1000 cyklech nabití-vybití při 4 C, což je rychlé nabití-vybití během 30 minut, překonávající konvenční elektrody s PVDF vazbou, které se po několika stovkách nabíjecích a vybíjecích cyklů zkratují.

"Na rozdíl od PVDF, který funguje jako čistě fyzikální pojivo, karagenan obsahuje skupiny esterů síry, které interagují s polysulfidy lithia, hlavní příčinou degradace v Li-S bateriích. Aktivní roli karagenanu při stabilizaci sirných druhů potvrdila i operando rentgenová absorpční spektroskopie (XAS)," uvedla měření Centra SOLA v reálném čase probíhající v elektrochemických reakcích baterie SOLA.

Je třeba zdůraznit, že měření Li-S baterií pomocí techniky XAS umožnilo vývoj několika inovativních řešení, která lze považovat za průkopnická. Jedním z nich je skutečnost, že při energiích, při kterých lze detekovat síru, blokuje rentgenové záření i několik centimetrů vzduchu. Na lince ASTRA byla navržena nastavení, která umožňovala skenovat celý objem článku za provozu a přesně tak určit množství sirných sloučenin.

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