Ilgą laiką siera buvo laikoma beveik „probleminiu vaiku“ baterijų pasaulyje. Teoriškai – ideali medžiaga: nepaprastai pigi, randama didžiuliais kiekiais ir turinti milžinišką energijos potencialą. Praktikoje – nuolat nuvilianti. Sieros pagrindu kuriamos baterijos metų metus strigo laboratorijose, nes cheminės reakcijos pasirodydavo per nestabilios, o realus tarnavimo laikas per trumpas. Tačiau naujas Kinijos mokslininkų tyrimas leidžia manyti, kad ši istorija gali pasukti visiškai kita kryptimi.
Mokslininkai teigia radę būdą, kaip sierą panaudoti ne „pagal taisykles“, o iš esmės kitaip nei iki šiol. Ir būtent šis pokytis gali atverti duris į itin pigias, labai didelio energijos tankio baterijas, kurios teoriškai galėtų mesti iššūkį tiek ličio, tiek natrio technologijoms.
Kodėl siera iki šiol nuvildavo mokslininkus
Siera jau seniai traukė baterijų tyrėjų dėmesį. Ji yra viena pigiausių cheminių medžiagų, dažnai laikoma pramonės atlieka, o jos teorinis energijos tankis yra itin aukštas. Dėl to ličio–sieros baterijos ilgą laiką buvo laikomos „ateities pažadu“.
Problema ta, kad siera yra chemiškai labai nepaklusni. Įkraunant ir iškraunant bateriją, ji sudaro nepageidaujamus junginius, vadinamuosius polisulfidus, kurie migruoja elektrolite ir palaipsniui naikina akumuliatoriaus struktūrą. Rezultatas – greitas talpos kritimas, trumpas tarnavimo laikas ir technologija, kuri gražiai atrodo tik teoriniuose skaičiavimuose.
Daugelis tyrimų bandė šią problemą „sutramdyti“ – izoliuoti sierą, stabilizuoti elektrodus, keisti elektrolitus. Tačiau Kinijos mokslininkai pasirinko visiškai kitą kryptį.
Siera kaip aktyvus energijos šaltinis, o ne pasyvi saugykla
Esminis naujo metodo skirtumas slypi tame, kaip siera naudojama pačioje baterijoje. Užuot leidus jai veikti kaip pasyviai jonų saugyklai, naujojoje koncepcijoje siera tiesiogiai atiduoda elektronus. Iš pirmo žvilgsnio tai skamba kaip nedidelė techninė detalė, tačiau iš tikrųjų tai keičia visą cheminės reakcijos logiką.
Iškrovimo metu siera oksiduojasi ir reaguoja su elektrolite esančiu chloru, o tuo pat metu natris nusėda kaip metalas ant paprastos aliuminio folijos priešingoje baterijos pusėje. Tokiu būdu sukuriamas natrio–sieros akumuliatorius, kuriam nereikia nei ličio, nei brangių katodinių medžiagų, nei retųjų metalų.
Tai ne tik supaprastina konstrukciją, bet ir radikaliai sumažina žaliavų kainą.
Stabilumas, kuris eksperimentinėms baterijoms būdingas retai
Didžiausias skepticizmas tokiose naujienose paprastai kyla dėl stabilumo. Daug eksperimentinių baterijų demonstruoja įspūdingus skaičius pirmuosiuose cikluose, tačiau greitai degraduoja. Šiuo atveju tyrėjų pateikti duomenys atrodo neįprastai solidūs.
Pasak jų, baterija gali atlaikyti apie 1400 įkrovimo–iškrovimo ciklų, kol talpa pradeda reikšmingai mažėti. Dar labiau stebina savybė, kuri dažnai lieka už kadro – energijos išsaugojimas. Net po daugiau nei metų nenaudojimo akumuliatorius išlaiko daugiau nei 95 procentus savo įkrovos.
Tai yra rodikliai, prie kurių daugelis eksperimentinių technologijų net nepriartėja, o tai rodo, kad šį kartą kalbama ne tik apie gražią laboratorinę idėją.
Energijos tankis, kuris verčia kilstelėti antakius
Tyrėjai praneša apie daugiau nei 2000 vatvalandžių kilogramui energijos tankį, skaičiuojant pagal elektrodų masę. Tai kelis kartus viršija tai, ką šiandien gali pasiūlyti komercinės natrio jonų baterijos, ir patenka į pačius optimistiškiausius ateities scenarijus, apie kuriuos dažnai kalbama teoriniuose modeliuose.
Žinoma, čia būtina išlaikyti blaivų požiūrį. Šie skaičiai nereiškia, kad tokį pat energijos tankį turės galutinis akumuliatorius su korpusu, aušinimu, valdymo elektronika ir saugos sistemomis. Realiame produkte šie rodikliai bus gerokai mažesni. Tačiau net ir sumažėję jie gali išlikti labai konkurencingi.
Kaina, kuri keičia žaidimo taisykles
Galbūt labiausiai šokiruojantis šio tyrimo aspektas yra ne energijos tankis, o kaina. Mokslininkų skaičiavimais, naudojant sierą ir natrį, žaliavų kaina galėtų siekti apie 5 JAV dolerius už kilovatvalandę.
Palyginimui, tai yra mažiau nei dešimtadalis net pigiausių šiandien rinkoje esančių baterijų technologijų kainos. Jei tokie skaičiai pasitvirtintų pramoniniu mastu, tai galėtų turėti milžinišką poveikį energijos kaupimo sistemoms, elektros tinklams ir ilgainiui net elektromobilių rinkai.
Nuo laboratorijos iki realaus pasaulio – dar ilgas kelias
Nepaisant visų įspūdingų skaičių, realybė išlieka sudėtinga. Kelias nuo mokslinio straipsnio iki masinės gamybos dažnai užtrunka dešimtmečius. Šiuo atveju dar reikia atsakyti į daugybę klausimų: kaip tokia baterija elgsis didelėse talpose, kaip užtikrinti saugumą, kaip stabiliai ją gaminti milijonais vienetų.
Vis dėlto pats faktas, kad siera vėl atsidūrė dėmesio centre, yra reikšmingas signalas. Baterijų ateitis nebūtinai turi būti susieta vien su ličiu. Jei šios žaliavos brangs ar taps sunkiau prieinamos, siera – pigi, gausi ir iki šiol nuvertinta – gali tapti viena svarbiausių kortų ateities energetikoje.
Tyrimo rezultatai paskelbti prestižiniame mokslo žurnale Nature, o tai rodo, kad kalbama ne apie sensaciją be pagrindo, o apie rimtą mokslinį proveržį, kuris ateityje dar ne kartą bus aptarinėjamas.
Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09867-2
