Дослідники з Південної Кореї зробили важливий прорив у розробці літій-сірчаних батарей, який може суттєво вплинути на розвиток електромобілів та інших технологій чистої енергії.
Їхня нова стратегія поєднує макро- та мікрорівневі інженерні рішення, що дозволяє створити пористі вуглецеві нановолокна з вбудованими одноатомними каталізаторами. Такий підхід спрямований на подолання основних проблем літій-сірчаних батарей, зокрема ефекту «шатлу» полісульфідів, повільної кінетики окисно-відновних реакцій та швидкої втрати ємності.
За словами професора Син-Кин Пака з кафедри інженерії передових матеріалів, літій-сірчані батареї мають набагато вищу теоретичну ємність і енергетичну щільність порівняно з традиційними батареями. Проте їхнє практичне використання обмежене через хімічну нестабільність і втрату активних речовин. Команда дослідників вже тривалий час працює над вирішенням цих проблем шляхом оптимізації структури вуглецевих матеріалів і точного налаштування каталізаторів на атомному рівні.
У своїй роботі вчені використали метал-органічні каркаси для створення ієрархічної пористої структури нановолокон, що забезпечує кращу іонну провідність і змочуваність електролітом. Вони також вбудували окремі атоми кобальту в спеціальне середовище з трьома атомами азоту, що дозволяє ефективно поглинати літій-полісульфіди та прискорювати їхні хімічні реакції. Такий дизайн дозволяє значно зменшити втрати активних речовин і покращити загальну продуктивність батареї.
Результати дослідження мають велике практичне значення. Нові матеріали можуть бути використані в електромобілях з більшим запасом ходу, у великих системах зберігання енергії для сонячних і вітрових електростанцій, а також у гнучких джерелах живлення для портативної електроніки. Матеріал є самонесучим, не потребує додаткових зв'язуючих речовин і зберігає свою механічну цілісність навіть при згинанні, що дозволяє використовувати його безпосередньо в конструкції батарей.
Для суспільства такі технології означають появу більш безпечних і ефективних батарей, які сприятимуть переходу до чистої енергії. Це допоможе зменшити залежність від критично важливих сировинних матеріалів, знизити витрати, скоротити викиди вуглецю та зробити сталу енергетику доступнішою у повсякденному житті. Дослідники підкреслюють, що їхній підхід поєднує механічну стабільність вуглецевих наноструктур з високою хімічною активністю одноатомних каталізаторів, що дозволяє батареям зберігати високу ємність і стабільну роботу протягом сотень циклів.