Cenejše in zmogljivejše litij-žveplove baterije – sanje ali resničnost?

Njihova odlika je, da lahko shranijo več električne energije kot sedanje litij-ionske baterije in zato omogočajo daljše delovanje naprave. Prozvodnja lahk poteka v obstoječih obratih litij-ionskih baterij, zato je mogoča takoj. Namesto dragega kobalta, za katerega so značilne tudi občutljive dobavne verige, uporablja žveplo kot stranski produkt naftnih derivatov. Gre za poceni element, ki omogoča na eni strani visoke prihranke, na drugi pa nižje cene. Kje se je torej zataknilo, da baterij v široki potrošnji še ni?

Razvijalci se trenutno spopadajo s težavo, da baterij ne morejo pripraviti na večje število ciklov polnjenja. Razlog se skriva v kemizmu baterije same; pri večkratnem polnjenju se v njeni notranjosti namreč sproščajo določene snovi, ki spodbudijo njen razpad in bistveno skrajšajo življenjsko dobo. Izločki tvorijo drevesno strukturo, tako imenovane dendrite, ki izhajajo iz litijeve anode (negativne elektrode v notranjosti baterije), in izničijo delovanje medija, to je litijevih ionov.

Omenjeni proces razpada baterije zmanjša njeno moč in poveča nevarnost za vžig baterije, kar je znan pojav pri obstoječih litij-ionskih primerkih. Prav zaradi bojazni vžiga letalski prevozniki dovoljujejo prenos tovrstnih baterij (rezervnih power-bankov) le v prostorih potniških kabin v ročni prtljagi, kjer bi vžig zaznali detektorji dima.

V trenutnih različicah litij-žveplovih baterij prihaja do slabo nadzorovanih reakcij, ioni ne prehajajo tekoče iz anode in nazaj vanjo, ko baterijo polnimo. “Napolnimo jih lahko kvečjemu 50-krat, zato potrebujejo še precejšnje izboljšave, zlasti za uporabo v osebnih vozilih,” je za portal technology.org dejal dr. Luis Santos, raziskovalec Tehničnega inštituta iz Barcelone v Španiji. Člani njegove ekipe se trenutno ukvarjajo ravno s tem, kako narediti tovrstne baterije stabilne, da bodo pripravljene za uporabo v široki potrošnji, v avtomobilih in mobilnikih. Njihov glavni cilj je trenutno zagotoviti, da bo litij-žveplove baterije mogoče napolniti večkrat.

V ta namen so se povezali z laboratorijem na Finskem, kjer uporabljajo posebne laserje za nanos izredno tankih plasti keramičnega kompozita na anodo. Ta naj bi zaščitila litijev del pred razpadom in preprečila rast dendritov. Zaradi pospešenega razvoja si preboj obetajo prav kmalu. Ker je litij-žveplova baterija od klasične litij-ionske do 5-krat zmogljivejša, zavzame tudi več prostora. Optimizacija velkosti baterije je druga naloga, s katero se spopadajo razvijalci. Nadomestiti želijo tudi trenutni gel znotraj baterije, ki lahko povzroči samovžig, tudi pri nizkih temperaturah. Trenutno namesto gela preizkušajo kombinacijo trdnih keramičnih elementov in fleksibilnega polimera.

Zaradi zmogljivosti in potencialno manjše velikosti bodo litij-žveplove baterije pomembno vplivale na razvoj električnih naprav v prihodnosti. “Primerne ne bodo le za vozila in telefone, temveč tudi za, denimo, drone in satelite. Razvoj pa ne bo zaključen čez noč, za uspeh bomo potrebovali približno desetletje,” je zaključil Santos.