Разработан серный катод для твердотельных аккумуляторов с ёмкостью 1500 мА·ч/г

Исследователи Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета создали композитный катод на основе серы для твердотельных аккумуляторов. Удельная разрядная ёмкость материала составила около 1500 мА·ч на грамм, что соответствует 89% от теоретического максимума серы — 1675 мА·ч/г.

Ключевым технологическим решением стал одноэтапный процесс шарового измельчения. Все три компонента катода — твёрдый электролит, токопроводящий углерод и сера — перемалываются одновременно. В результате формируется метастабильная интерфаза между частицами, которая улучшает контакт материалов и повышает коэффициент использования активного вещества. Прежние методы — раздельное измельчение компонентов или ручное смешивание — приводили к недостаточному контакту частиц серы и электролита, что снижало производительность.

Помимо ёмкости, команда решила проблему объёмных изменений при зарядке и разрядке. Сера при заряде расширяется, тогда как большинство анодных материалов сжимаются. Исследователи скомпоновали отрицательный электрод из кремния с положительным электродом из сульфида лития таким образом, что расширение одного электрода компенсирует сжатие другого, уменьшая суммарное изменение толщины ячейки.

Работоспособность системы подтверждена не только на таблеточных, но и на мешочных элементах с листовыми электродами — формате, масштабируемом для промышленного производства. Сера как сырьё значительно дешевле лития и кобальта, применяемых в стандартных литий-ионных аккумуляторах. Исследование выполнено совместно с Калифорнийским университетом в Сан-Диего и компанией LG Energy Solution.