Μπαταρίες Λιθίου-Θειού Εκτυπωμένες με Laser: Μια Επανάσταση στην Αποθήκευση Ενέργειας

Ερευνητές παρουσίασαν μια μέθοδο κατασκευής καθόδων θείου για μπαταρίες λιθίου-θείου με παλμικό λέιζερ. Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, συνδυάζει σύνθεση υλικών και εναπόθεση σε ύφασμα άνθρακα σε ένα στάδιο. Πρόκειται για ερευνητικές κυψέλες και όχι για εμπορική μπαταρία έτοιμη να αντικαταστήσει τις σημερινές ιόντων λιθίου.

Γιατί μελετώνται οι μπαταρίες λιθίου-θείου;

Το θείο έχει υψηλή θεωρητική ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας, αλλά η χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και η μετακίνηση διαλυτών πολυσουλφιδίων μεταξύ των ηλεκτροδίων μειώνουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής. Η κατασκευή σύνθετων καθόδων υψηλής φόρτισης θείου απαιτεί συνήθως πολλά βήματα. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, από την άλλη, παραμένουν διαδεδομένες και μπορούν να ανακυκλωθούν, παρότι η συλλογή και η ανακύκλωσή τους έχουν οικονομικές και τεχνικές προκλήσεις.

Η μέθοδος εκτύπωσης με λέιζερ

Στη μελέτη, ένας παλμικός λέιζερ θερμαίνει στιγμιαία ένα αρχικό στρώμα που περιέχει θείο, νανοσωλήνες αλοϋσίτη, νιτρικό μαγγάνιο και γλυκόζη. Τα εκτοξευόμενα σωματίδια σχηματίζουν νανοσωλήνες αλοϋσίτη με οξείδια μαγγανίου, θείο και πορώδη άνθρακα. Το σύνθετο υλικό εναποτίθεται πάνω σε ύφασμα άνθρακα και δημιουργεί ενιαία κάθοδο. Η εργασία αφορά την κάθοδο, όχι την εκτύπωση ολόκληρης της μπαταρίας σε ένα βήμα.

Οι ερευνητές δοκίμασαν αυτοματοποιημένη μετακίνηση του δείγματος μαζί με εμπορικό μηχάνημα χάραξης λέιζερ. Η προσέγγιση μπορεί να απλοποιήσει την κατασκευή, αλλά το συνολικό κόστος και η βιομηχανική κλιμάκωση δεν έχουν αποδειχθεί.

Αποτελέσματα και όρια

Η κάθοδος έδωσε αρχική ειδική χωρητικότητα 1.215 mAh/g σε ρυθμό 0,2 C. Σε δοκιμή 1.000 κύκλων με ρυθμό 1 C, η μείωση της χωρητικότητας ήταν περίπου 0,02% ανά κύκλο. Δείγμα με φόρτιση θείου έως 7,8 mg/cm² απέδωσε 5,60 mAh/cm² στον 100ό κύκλο με 0,2 C. Η ομάδα εξέτασε τόσο κυψέλες τύπου νομίσματος όσο και εύκαμπτες κυψέλες θήκης.

Οι μετρήσεις αυτές έγιναν σε συγκεκριμένες εργαστηριακές συνθήκες. Δεν αποδεικνύουν ανωτερότητα έναντι κάθε εμπορικής μπαταρίας ιόντων λιθίου, μεγαλύτερη ασφάλεια σε φωτιά ή διάθεση στην αγορά μέσα σε πέντε χρόνια. Χρειάζονται δοκιμές πλήρων κυψελών, ασφάλειας και παραγωγής σε μεγάλη κλίμακα.

Εταιρικό πλαίσιο

Η Enovix αναπτύσσει μπαταρίες ιόντων λιθίου με άνοδο πλούσια σε πυρίτιο. Δεν αναφέρεται ως συμμετέχουσα στη συγκεκριμένη μελέτη για κάθοδο λιθίου-θείου. Η τιμή της μετοχής και οι επιχειρηματικές προοπτικές πρέπει να αξιολογούνται με πρόσφατα στοιχεία.

Enovix (ENVX )

Τελευταίες ειδήσεις για την Enovix:

Πηγή: Yang, R. και συν., Nature Communications 16, 2386 (2025), doi:10.1038/s41467-025-57755-0.