باتری‌های لیتیوم-سولفور و عملکردی 4 برابر بهتر در ظرفیت و طول عمر

افزایش دامنه استفاده از خودروهای برقی و بهبود قابلیت ذخیره انرژی‌های تجدید‌پذیر، تنها دو مورد از کاربردهای بالقوه‌ای هستند که باتری‌های لیتیوم-سولفور می‌توانند در آن‌ها به کار روند. البته با وجود اینکه این باتری‌ها قادرند تا نسبت انرژی به وزنی به اندازه‌ی 4 برابر باتری‌های لیتویم-یون معمولی را ارائه دهند، طول عمر این باتری‌ها به نسبت کوتاه است که سد راهی بر استفاده‌ی گسترده از آن‌ها به شمار می‌رود. هم اکنون پژوهشگران در آزمایشگاه Pacific Northwest National (PNNL)، باتری لیتیوم- سولفوری را طراحی کرده اند که می‌تواند عمری چهار برابری داشته و این فناوری را قدمی دیگر به کاربردهای عملی نزدیک کرده‌اند.

تیم پژوهشگران، مشکل را در واکنش‌های شیمیایی دو الکترود باتری یافتند که در آن کاتد حاوی سولفور آند لیتیومی را تخریب می‌کند و طول عمر باتری را کاهش می‌دهد. در حقیقت در طول زمان، کاتد تخریب می‌شود و مولکول‌های گوگرد -که با نام پلی‌سولفاید شناخته می‌شوند- در مایع الکترولیت حل می‌شوند. از آن جایی که این مایع به عنوان گذرگاهی برای یون‌ها جهت انتقال از یک الکترود به دیگری به کار می‌رود، با رسیدن به آند بر روی آن فیلم نازکی را تشکیل می‌دهند که پس از مدتی با ضخیم شدن این لایه باتری، کاملاً از کار می‌افتد و این همان علت کوتاه‌شدن عمر باتری است.

گذشته از نحوه‌ی کم کردن این جریان نشتی که همین گروه پیش از این در مورد آن پژوهش‌هایی را انجام داده بود، یکی دیگر از راه‌های بهبود عمر باتری یافتن راهی است برای محافظت آند از تخریب توسط مولکول‌های حاوی گوگرد کاتد که با ساختن سپری محافظ بر روی آند از جنس گرافیت امکان پذیر است. در حقیقت گرافیت همان ماده‌ای است که در باتری‌های لیتیوم-یون به عنوان آند به کار می‌رود و این گروه توانستند با استفاده از آن طول عمر باتری را تا 4 برابر بهبود دهند.

به گفته‌ی Jun Liu یکی از اعضای گروه:

"گوگرد همچنان در این باتری حل می‌شود؛ ولی این با استفاده از آند هیبریدی ما دیگر مسأله مهمی به شما نمی‌رود. آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که این باتری می‌تواند به سرعت تا 400 دوره شارژ شود و تنها 11 درصد از ظرفیت ذخیره‌ی انرژی خود را از دست دهد."

نتایج پژوهش‌های این گروه در نشریه‌ی علمی Nature Communications به چاپ رسیده است.