Литий-серный аккумулятор (сокращённо — Li-S, ЛСА) — вторичный химический источник тока , в котором катод жидкий с содержанием серы отделён от электролита специальной мембраной.

Показатели

• Теоретическая удельная энергоёмкость: до 2600 Вт · ч / кг (до 9360 кДж / кг )
• Удельная энергоёмкость: 250–500 Вт·ч/кг (900-1800 кДж/кг)
• Удельная энергоплотность: 218 Вт·ч/ дм ³ (785 кДж/дм ³ )
• Удельная плотность конструкции: н/д кг/дм ³
• Количество циклов заряд-разряд до потери 20% ёмкости: 1000 (1500 без потерь ёмкости, при токах 0,05-1 С )
• Срок хранения: н/д лет
• Саморазряд при комнатной температуре: н/д % в месяц
• Напряжение : 2.1 В ; 1,7-2,5 В
• Удельная мощность : н/д Вт/кг (при разряде током н/д С)
• Диапазон рабочих температур: от -40°C
• КПД: н/д %
• Стоимость: достижима менее $ 100/кВт·ч (10 Вт⋅ч/ $ )

Устройство и принцип работы

Аккумулятор сделан многослойным, между анодом и катодом расположены анодные и катодные мембраны и слой электролита. Конструкция такого аккумулятора схожа с литий-ионными аккумуляторами , однако, в отличие от него, литий-серный аккумулятор использует вместе с литиевым анодом серосодержащий катод , за счёт чего увеличивается его удельная зарядовая ёмкость. Другая особенность Li-S — возможность использовать жидкий катод, увеличивая таким образом плотность тока через него .

Электро-химическая реакция

Реакция литий-серного аккумулятора совпадает с реакцией натрий-серного аккумулятора , только в данном случае роль натрия выполняет литий :

Разряд

S ₈ → Li ₂ S ₈ → Li ₂ S ₆ → Li ₂ S ₄ → Li ₂ S ₃

Заряд

Li ₂ S → Li ₂ S ₂ → Li ₂ S ₃ → Li ₂ S ₄ → Li ₂ S ₆ → Li ₂ S ₈ → S ₈

Оценка

Примечательна удельная энергоёмкость литий-серных аккумуляторов, составляющая уже у первых образцов до 300 Вт·ч/кг . К другим достоинствам литий-серного аккумулятора можно отнести отсутствие необходимости использовать компоненты защиты, низкая себестоимость, широкий диапазон рабочих температур и общую экологическую безопасность .

К недостаткам литий-серного аккумулятора следует отнести очень короткое время жизни (всего 50-60 циклов заряд-разряд) . Однако, последние образцы имеют долговечность 1000 и более циклов .

История

Разработка

Первые образцы подобных аккумуляторов были разработаны в 2004 году компанией из США . В 2006 эта компания представила опытный образец аккумулятора размером 11×35×55 мм и ёмкостью 2,2 А⋅ч при напряжении 2,1 В .

В результате исследований, команде ученых из Стэнфорда удалось стабилизировать время жизни на уровне 100 циклов заряд-разряда, при падении ёмкости на 10-20% от изначальной. Однако примененный учеными способ (добавление полиэтиленгликоля, полуокисленного графена и микрочастиц сажи) приводит к очень высокому разбросу показателей катодов - лучшие из них теряют 10% ёмкости, худшие — 25% .

В 2013-м году учёными из Лаборатории Беркли (США) достигнута энергоёмкость 500 Вт·ч/кг и около 250 Вт·ч/кг при заряде/разряде токами 0,05 и 1 C соответственно; долговечность при этом составила не менее 1500 циклов заряда-разряда без потери ёмкости .

Использование

Именно такой тип аккумуляторов использовался в августе 2008 года при рекордно высоком и продолжительном полёте на самолёте на солнечных батареях .

Примечания