Zwiększanie atrakcyjności rynkowej akumulatorów litowo-siarkowych
Dzięki wysokiej energii właściwej oraz niskiej cenie, akumulatory litowo-siarkowe są na dobrej drodze do zastąpienia powszechnie wykorzystywanych akumulatorów litowo-jonowych. Dotychczas zaprezentowane akumulatory tego rodzaju oferują energię właściwą na poziomie 500-600 Wh/kg, co stanowi dużo lepszy wynik niż 150-250 Wh/kg osiągane przez akumulatory litowo-jonowe. Korzyści te bledną jednak w konfrontacji z szeregiem problemów, które do tej pory uniemożliwiały szersze zastosowanie tego rodzaju akumulatorów w wielu zastosowaniach. Wiele przeszkód na drodze do wprowadzenia nowego rozwiązania na rynek zostało rozwiązanych w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu EUROLIS, którego uczestnicy opracowali praktyczne rozwiązania niektórych problemów wynikających ze składu chemicznego akumulatorów litowo-siarkowych. Naukowcom udało się rozwiązać między innymi problem niskiej przewodności elektrycznej katody oraz kwestię nieodwracalnej utraty materiałów aktywnych w wyniku rozpuszczania litu i siarki w elektrolicie. Projekt HELIS (High energy lithium sulphur cells and batteries) kontynuował prace podjęte przez zespół projektu EUROLIS. „Dzięki zwiększeniu skali podejść opracowanych w ramach projektu EUROLIS mieliśmy zamiar poprawić stabilność anod litowych w czasie ładowania i rozładowywania akumulatora, a także zająć się innymi kwestiami, takimi jak recykling i bezpieczeństwo”, stwierdził Robert Dominko, koordynator projektów EUROLIS i HELIS. „Podejmując te działania wykonaliśmy kolejny wielki krok w kierunku opracowania kompletnego akumulatora litowo-siarkowego, który będzie gotowy do wprowadzenia na rynek”.
Łańcuch wartości akumulatorów litowo-siarkowych
Cechą wyróżniającą projekt było wykorzystanie kompletnego łańcucha wartości do produkcji akumulatorów litowo-siarkowych. Wszyscy spośród 14 partnerów projektu otrzymali zadania związane z realizacją określonych etapów łańcucha wartości, zaczynając od opracowania materiałów na potrzeby trzech różnych serii prototypowych ogniw. Ostatecznie w celu przetestowania wszystkich elementów opracowanych w ramach projektu zostało wykorzystane ogniwo prototypowe w rozmiarze D. Głównym celem projektu było opracowanie separatorów i elektrolitów charakteryzujących się właściwościami pozwalającymi na ich zastosowanie w akumulatorach litowo-siarkowych. Na przykład dzięki modyfikacji powierzchni litu lub separatorów, naukowcy byli w stanie zaproponować i ocenić szereg rozwiązań wykorzystujących lit w celu zapobiegania nieustannej degradacji. „Najlepsze elementy zostały wykorzystane w naszych prototypowych ogniwach, które zostały zbudowane w zakładach naszego partnera przemysłowego”, wyjaśnia Dominko. „Ogólnie udało nam się wyprodukować i przetestować trzy różne generacje ogniw litowo-siarkowych zgodnie ze specyfikacjami branży motoryzacyjnej”. Badacze skupieni wokół projektu przeprowadzili szereg testów bezpieczeństwa i starzenia się ogniwa, które były niezbędne w celu weryfikacji słuszności założeń przyjętego podejścia. Wszystkie badania były poparte obliczeniami teoretycznymi i analizą cyklu życia. Ponadto ogniwa opracowane w ramach obu projektów zostały wykorzystane w celu stworzenia założeń procesu recyklingu akumulatorów litowo-siarkowych. „Wszystkie przeprowadzone prace doprowadziły do powstania odpowiedniego środowiska chemicznego umożliwiającego osiągnięcie doskonałej odwracalności oraz powtarzalności ładowania przy zachowaniu umiarkowanej gęstości energii”, dodaje Dominko.
Bezpieczeństwo i długotrwała powtarzalność ładowania
Dzięki silnym i nastawionym na realne wyniki konsorcjom projektowym oraz wykorzystaniu istniejącego i sprawdzonego łańcucha wartości, projekt HELIS skutecznie opracował bezpieczne akumulatory litowo-siarkowe charakteryzujące się długotrwałą powtarzalnością ładowania przy umiarkowanej gęstości energii. Do rozwiązania pozostaje jednak problem ochrony litu, na którym partnerzy zamierzają się skupić podczas realizacji kolejnego etapu projektu. „W czasie realizacji projektu HELIS nasi partnerzy zdobyli rozległą wiedzę i złożyli szereg wniosków patentowych, co stawia ich w bardzo dobrej pozycji do wprowadzenia tej technologii na rynek”, dodaje Dominko.
Słowa kluczowe
HELIS, EUROLIS, akumulatory litowo-siarkowe, akumulatory litowo-jonowe, lit, branża motoryzacyjna
