Silisiumbaserte katoder stabiliserer Li-S-celler. Effekt: mer enn 2 ladesykluser i stedet for flere dusin
Forskere fra Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Sør-Korea) har utviklet en silisiumbasert katode som forventes å tåle mer enn 2 ladesykluser i Li-S-celler. Klassiske litiumionceller bruker rent silisium i anodene for å komplementere og gradvis erstatte grafitt. Her ble det brukt silisiumoksyd, og silisiumdioksyd ble brukt i katoden.
Li-S celle = litiumanode, silisiumdioksid katode med svovel
Li-S-celler anses som interessante på grunn av deres høye energitetthet, vekt og lave produksjonskostnader. Imidlertid har ingen ennå klart å lage en versjon som tåler mer enn flere dusin ladesykluser. Alt på grunn av litiumpolysulfider (LiPS), som oppløses i elektrolytten under utladning og reagerer med anoden, reduserer kapasiteten og som et resultat ødelegger batteriet.
Det er mulig at sørkoreanske forskere har funnet en løsning på problemet. I stedet for karbonbaserte materialer (som grafitt), brukte de katoden. lamellær struktur av mesoporøs silika (POMS).
Lamellstrukturen er forståelig, mens mesoporositet refererer til akkumulering av porer (hulrom) i silika som har en målstørrelse, arealtetthet og liten størrelsesdispersjon (kilde). Dette er litt som å stikke gjennom tilstøtende plater av en slags silikat med jevne mellomrom for å lage en sil.
DGIST-forskere brukte disse hullene til å deponere svovel i dem (figur a). Under utslipp løses svovelet opp og danner litiumpolysulfider (LiPS) med litium. Dermed flyter ladningen, men LiPS forblir fanget nær katoden på grunn av den ekstra udefinerte karbonfaktoren (svart struktur, figur b).
Under lading frigjør LiPS litium, som returneres til litiumanoden. På den annen side omdannes svovel til silika. Ingen LiPS-lekkasje til anoden, ingen metallskader.
Li-S-batteriet laget på denne måten beholder høy kapasitet og stabilitet i mer enn 2 arbeidssykluser. Minst 500-700 driftssykluser regnes som standard for klassiske Li-ion-celler, selv om det bør legges til at godt bearbeidede litium-ion-celler tåler flere tusen sykluser.
Dette kan interessere deg:
