Silikon-gebaseerde katodes stabiliseer Li-S selle. Effek: meer as 2 laai-siklusse in plaas van 'n paar dosyn

Wetenskaplikes van die Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Suid-Korea) het 'n silikongebaseerde katode ontwikkel wat na verwagting meer as 2 ladingsiklusse in Li-S-selle sal weerstaan. Klassieke litiumioonselle gebruik suiwer silikon in die anodes om grafiet aan te vul en geleidelik te vervang. Silikonoksied is hier gebruik, en silikondioksied is in die katode gebruik.

Li-S-sel = litiumanode, silikondioksiedkatode met swael

Li-S-selle word as interessant beskou vanweë hul hoë energiedigtheid, gewig en lae vervaardigingskoste. Niemand het egter nog daarin geslaag om 'n weergawe te skep wat meer as 'n paar dosyn laaisiklusse sal weerstaan nie. Alles te danke aan litiumpolysulfiede (LiPS), wat tydens ontlading in die elektroliet oplos en met die anode reageer, wat die kapasiteit daarvan verminder en as gevolg daarvan die battery vernietig.

Dit is moontlik dat Suid-Koreaanse navorsers 'n oplossing vir die probleem gevind het. In plaas van koolstofgebaseerde materiale (soos grafiet), het hulle die katode gebruik. lamellêre struktuur van mesoporiese silika (POMS).

Die lamellêre struktuur is verstaanbaar, terwyl mesoporositeit verwys na die ophoping van porieë (holtes) in silika wat 'n teikengrootte, oppervlaktedigtheid en klein grootte verspreiding het (bron). Dit is 'n bietjie soos wanneer jy gereeld deur aangrensende borde van 'n soort silikaat steek om 'n sif te maak.

DGIST-wetenskaplikes het hierdie gate gebruik om swael daarin te deponeer (Figuur a). Tydens ontlading los die swael op en vorm litiumpolisulfiede (LiPS) met litium. Die lading vloei dus, maar die LiPS bly vasgevang naby die katode as gevolg van die bykomende ongedefinieerde koolstoffaktor (swart struktuur, figuur b).

Tydens laai stel LiPS litium vry, wat na die litiumanode teruggestuur word. Aan die ander kant word swael in silika omgeskakel. Geen LiPS-lekkasie na die anode nie, geen metaalskade nie.

Die Li-S-battery wat op hierdie manier geskep is, behou hoë kapasiteit en stabiliteit vir meer as 2 werksiklusse. Ten minste 500-700 werksiklusse word as standaard vir klassieke Li-ioon-selle beskou, alhoewel daar bygevoeg moet word dat goed verwerkte litium-ioonselle etlike duisende siklusse kan weerstaan.