Katode na bazi silikona stabiliziraju Li-S ćelije. Učinak: više od 2 ciklusa punjenja umjesto nekoliko desetina
Naučnici sa Instituta za nauku i tehnologiju Daegu (DGIST, Južna Koreja) razvili su katodu na bazi silikona za koju se očekuje da izdrži više od 2 ciklusa punjenja u Li-S ćelijama. Klasične litijum-jonske ćelije koriste čisti silicij u anodama kako bi dopunile i postupno zamijenile grafit. Ovdje je korišten silicijum oksid, a na katodi silicijum dioksid.
Li-S ćelija = litijum anoda, silicijum dioksid katoda sa sumporom
Li-S ćelije se smatraju interesantnim zbog svoje velike gustoće energije, težine i niske cijene proizvodnje. Međutim, još niko nije uspio stvoriti verziju koja bi izdržala više od nekoliko desetina ciklusa punjenja. Sve zbog litijum polisulfida (LiPS), koji se tokom pražnjenja rastvaraju u elektrolitu i reaguju sa anodom, smanjujući njen kapacitet i kao rezultat toga uništavajući bateriju.
Moguće je da su južnokorejski istraživači pronašli rješenje za problem. Umjesto materijala na bazi ugljika (kao što je grafit), koristili su katodu. lamelarna struktura mezoporoznog silicijum dioksida (POMS).
Lamelarna struktura je razumljiva, dok se mezoporoznost odnosi na nakupljanje pora (šupljina) u silicijum dioksidu koje imaju ciljnu veličinu, površinsku gustinu i malu disperziju (izvor). To je pomalo kao da redovno bušite kroz susjedne ploče neke vrste silikata kako biste napravili sito.
Naučnici iz DGIST-a koristili su ove rupe da u njih deponuju sumpor (slika a). Tokom pražnjenja, sumpor se rastvara i sa litijumom formira litijum polisulfide (LiPS). Dakle, naboj teče, ali LiPS ostaje zarobljen blizu katode zbog dodatnog nedefinisanog faktora ugljenika (crna struktura, slika b).
Tokom punjenja, LiPS oslobađa litijum, koji se vraća na litijumsku anodu. S druge strane, sumpor se pretvara u silicijum dioksid. Nema curenja LiPS-a na anodu, nema oštećenja metala.
Ovako stvorena Li-S baterija zadržava visok kapacitet i stabilnost za više od 2 radna ciklusa. Najmanje 500-700 ciklusa rada smatra se standardnim za klasične Li-ion ćelije, iako treba dodati da dobro obrađene litijum-jonske ćelije mogu izdržati nekoliko hiljada ciklusa.
Ovo vas može zanimati:
