Katode na osnovi silicija stabilizirajo Li-S celice. Učinek: več kot 2 cikla polnjenja namesto več deset
Znanstveniki z Inštituta za znanost in tehnologijo Daegu (DGIST, Južna Koreja) so razvili katodo na osnovi silicija, za katero se pričakuje, da bo vzdržala več kot 2 cikla polnjenja v Li-S celicah. Klasične litij-ionske celice uporabljajo čisti silicij v anodah, da dopolnijo in postopoma nadomestijo grafit. Tu je bil uporabljen silicijev oksid, v katodi pa silicijev dioksid.
Li-S celica = litijeva anoda, katoda iz silicijevega dioksida z žveplom
Li-S celice veljajo za zanimive zaradi svoje visoke energetske gostote, teže in nizkih proizvodnih stroškov. Vendar še nikomur ni uspelo ustvariti različice, ki bi zdržala več kot več deset ciklov polnjenja. Vse zaradi litijevih polisulfidov (LiPS), ki se med praznjenjem raztopijo v elektrolitu in reagirajo z anodo ter zmanjšajo njeno kapaciteto in posledično uničijo baterijo.
Možno je, da so južnokorejski raziskovalci našli rešitev za problem. Namesto materialov na osnovi ogljika (kot je grafit) so uporabili katodo. lamelna struktura mezoporoznega silicijevega dioksida (POMS).
Lamelna struktura je razumljiva, medtem ko se mezoporoznost nanaša na kopičenje por (votlin) v silicijevem dioksidu, ki imajo ciljno velikost, površinsko gostoto in majhno disperzijo (vir). Podobno je, kot če redno prebijate sosednje plošče neke vrste silikata, da naredite sito.
Znanstveniki DGIST so te luknje uporabili za odlaganje žvepla vanje (slika a). Med praznjenjem se žveplo raztopi in z litijem tvori litijeve polisulfide (LiPS). Tako naboj teče, vendar LiPS ostane ujet v bližini katode zaradi dodatnega nedefiniranega faktorja ogljika (črna struktura, slika b).
Med polnjenjem LiPS sprošča litij, ki se vrne na litijevo anodo. Po drugi strani se žveplo pretvori v silicijev dioksid. Brez puščanja LiPS na anodo, brez poškodb kovin.
Tako ustvarjena Li-S baterija ohranja visoko zmogljivost in stabilnost za več kot 2 delovna cikla. Za klasične Li-ionske celice velja vsaj 500-700 ciklov delovanja, čeprav je treba dodati, da dobro obdelane litij-ionske celice prenesejo več tisoč ciklov.
To vas lahko zanima:
