Výzkumníci z Helmholtzova centra v Berlíně a Technické univerzity v Berlíně vyvinuli nový typ materiálu, který by mohl zásadně zlepšit výkon lithium-sirných (Li-S) baterií. Základem je porézní polymerová struktura známá jako radikálově-kationtový kovalentní organický rámec (COF).
Co je COF a proč je revoluční?
COF je nový typ krystalického organického polymeru, který se vyznačuje:
- vysokou porézností
- nízkou hustotou
- chemickou stabilitou
- možností přizpůsobení struktury
Díky těmto vlastnostem dokáže nový materiál zachytit polysulfidy – vedlejší produkty vznikající při nabíjení a vybíjení Li-S baterií, které běžně snižují jejich výkon a životnost.
Jak COF zlepšuje baterie?
Polysulfidy se běžně rozpouštějí a migrují, což degraduje baterii. Nový COF je však navržen tak, aby je aktivně zachytil a přeměnil zpět na využitelnou síru.
Klíčovou roli hrají tzv. radikály – molekuly s nepárovými elektrony, které fungují jako mikrokatalyzátory. V tomto případě jsou založeny na sloučenině tetrathiafulvalen (TTF). Výsledný materiál nese označení R-TTF•+-COF.
„Materiál se skládá z jednotek tetrathiafulvalenu ([TTF]2•+) a trisulfidových radikálových aniontů (S3•-), propojených přes benzothiazol. To výrazně zvyšuje katalytickou aktivitu a elektrickou vodivost COF,“ uvedli vědci v tiskové zprávě z 15. září.
Výsledky: životnost přes 1 500 cyklů
Pomocí pokročilých metod jako ssNMR spektroskopie, EPR spektroskopie a teoretických výpočtů tým potvrdil, že nový materiál:
- regeneruje baterii přeměnou polysulfidů
- minimalizuje ztrátu kapacity (pouze 0,027 % na cyklus)
- překonává běžný limit 1 000 cyklů u Li-S baterií
„Radikálové kationty [TTF]2•+ fungují jako katalytická centra, která vážou polysulfidy a usnadňují prodlužování a štěpení vazeb S−S,“ vysvětlila doktorandka Sijia Cao.
Proč je to důležité?
Lithium-sirné baterie jsou považovány za budoucnost energetického ukládání díky:
- vysoké kapacitě
- nižším nákladům
- ekologické šetrnosti (síra je levná a dostupná)
Nový COF materiál by mohl odstranit hlavní překážku jejich masového nasazení – rychlou degradaci způsobenou polysulfidy.
Zdroj: https://interestingengineering.com/energy/new-material-extends-lithium-sulfur-battery-life
