Ключ к созданию более доступных аккумуляторов, способных значительно увеличить запас хода электромобилей, может заключаться в использовании дешевого и широко распространенного материала — **серы**.
Борьба с изменением климата требует колоссального количества накопителей энергии: как для питания растущего парка электромобилей, так и для хранения возобновляемой энергии в энергосетях. Сегодня доминирующими технологиями в обеих сферах остаются литий-ионные аккумуляторы.
Однако по мере роста спроса на батареи добыча необходимых материалов становится все более сложной задачей. Решение, по мнению многих экспертов, лежит в поиске альтернатив, которые позволят избежать использования дефицитных и спорных с этической точки зрения металлов, таких как кобальт и никель, необходимых для литий-ионных ячеек.
Один из таких перспективных химических составов — **литий-сера (Li-S)**. Стартап Lyten готовится достичь важной вехи: уже в этом году компания планирует поставить ограниченные партии литий-серных ячеек своим первым заказчикам. Эти ячейки, которые можно объединять в батареи различной емкости, предназначены для аэрокосмической и оборонной промышленности — это важный шаг на пути к созданию батарей, пригодных для тяжелых условий эксплуатации электромобилей.
Когда речь заходит о новых аккумуляторных решениях, Селина Миколайчак, технический директор Lyten по батареям, отмечает: «Нам нужно то, что мы сможем производить в больших объемах и быстро. Именно здесь на сцену выходит литий-сера».
Сера повсеместно доступна и недорога, что является главной причиной, по которой литий-серные батареи могут оказаться значительно дешевле. По словам Миколайчак, стоимость только материалов в них примерно вдвое ниже, чем у традиционных литий-ионных элементов.
Это не означает, что конечная стоимость новых батарей мгновенно станет ниже. Литий-ионные технологии десятилетиями работали над снижением затрат по мере масштабирования производства и устранения производственных недочетов. Тем не менее, более низкая стоимость сырья закладывает фундамент для более дешевых аккумуляторов в будущем.
Литий-серные батареи могут не только в перспективе предложить более экономичный способ хранения энергии, но и превзойти литий-ионные по важнейшему показателю: **удельной энергоемкости**. Литий-серный аккумулятор способен запасать почти вдвое больше энергии при том же весе, что и литий-ионный аналог. Это станет огромным преимуществом для электромобилей, позволяя производить транспортные средства с гораздо большим запасом хода без увеличения общей массы.
Однако существуют серьезные технические барьеры, которые Lyten необходимо преодолеть, прежде чем ее продукция сможет выйти на дороги общего пользования. Главная проблема — **долговечность**.
Современные литий-ионные аккумуляторы для электромобилей рассчитаны на 800 циклов перезарядки и более. Литий-серные аналоги, как правило, деградируют гораздо быстрее: большинство текущих разработок едва достигают 100 циклов, как отмечает Шэрон Мэн, исследователь батарей из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории.
Причина кроется в сложности управления химическими реакциями, лежащими в основе литий-серных батарей. Нежелательные взаимодействия между литием и серой быстро истощают ресурс ячеек, приводя к их преждевременному выходу из строя.
Lyten далеко не первая компания, которая пытается реализовать потенциал литий-серных батарей. Десятилетиями этим направлением занимались как крупные корпорации, так и стартапы. Некоторые из них, например, британская Oxis Energy, обанкротились, в то время как другие, такие как Sion Power, сменили курс, отказавшись от Li-S. Однако, по мнению Мэн, растущий спрос на альтернативы, а также повышенный интерес и финансирование могут помочь Lyten добиться успеха там, где предыдущим проектам не повезло.
Lyten добилась определенных успехов в продлении срока службы своих батарей, и некоторые образцы недавно продемонстрировали показатель до 300 циклов, утверждает Миколайчак. Она связывает этот успех с использованием **трехмерного графена** от Lyten, который помогает предотвращать нежелательные побочные реакции и повышать удельную энергоемкость элемента. Компания также планирует внедрять этот более сложный в структуре материал (в отличие от двумерного графена) в другие продукты, например, в сенсоры и композиты.
Несмотря на недавний прогресс, Lyten еще далека от выпуска батарей, способных обеспечить достаточный ресурс для электромобилей. В ближайшее время компания намерена вывести свои ячейки на рынки, где срок службы не является критическим фактором.
Поскольку литий-серные батареи очень легкие, компания сотрудничает с заказчиками, разрабатывающими дроны. По словам Кита Нормана, директора Lyten по устойчивому развитию, для беспилотников экономия веса оправдывает более частую замену аккумуляторов.
В 2023 году компания запустила пилотную производственную линию с максимальной мощностью 200 000 ячеек в год. Недавно началось производство небольшой партии ячеек, которая должна быть доставлена платящим клиентам до конца текущего года.
Lyten пока не раскрывает, какие именно компании получат первые партии. Норман подчеркивает, что в дальнейшем два основных направления работы компании — улучшение долговечности и масштабирование производства как самого 3D-графена, так и аккумуляторных ячеек.
Путь к литий-серным батареям, способным питать электромобили, все еще долог. Однако, как напоминает Миколайчак, химия литий-ионных аккумуляторов, ставшая сегодня стандартом, прошла огромный путь в улучшении стоимости, долговечности и энергоемкости за те годы, что над ней работали.
«Люди перебирали огромное количество химических вариантов для батарей, — заключает Миколайчак. — Чтобы один из них стал реальностью, нужно приложить титанические усилия».
