​Катоды на основе кремния могут обеспечить длительный срок службы литий-серных батарей

-
09:50
99
​Катоды на основе кремния могут обеспечить длительный срок службы литий-серных батарей

Ученые из Института науки и технологии Тэгу Кёнбук (DGIST) разработали катод на основе кремния для литий-серных батарей, который, по их словам, может обеспечить работу батарей и более 2000 циклов зарядки/разрядки.

Литий-серные батареи (LSB), состоящие из катода на основе серы и литиевого анода, погруженных в жидкий электролит, являются перспективными кандидатами на замену литий-ионных батарей из-за их низкой стоимости, нетоксичности и обилия серы. Но использование серы в батареях — сложная задача по двум причинам. Во-первых, в процессе разряда растворимые полисульфиды лития (LiPS) образуются на катоде, диффундируют в электролит и легко достигают анода, где они постепенно разрушают ёмкость батареи. Во-вторых, сера является непроводящим материалом, поэтому для размещения серы и одновременного улавливания LiPS на катоде, необходим проводящий и пористый материал носителя. В прошлом были исследованы углеродные структуры носителей из-за их проводимости. Однако носители на углеродной основе не могут улавливать LiPS.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Передовые энергетические материалы», ученые DGIST предложили новую структуру носителя, названную «тромбоцитарный мезопористый кремнезем» (pOMS). Их выбор необычен тем, что диоксид кремния, недорогой оксид металла, на самом деле непроводящий. Однако диоксид кремния отличается высокой полярностью и привлекает другие полярные молекулы, такие как LiPS.

При применении проводящего агента на основе углерода к структуре pOMS, исходная твердая сера в порах структуры растворяется в электролите, где она диффундирует в направлении проводящего агента на основе углерода, чтобы быть восстановлены для получения LiPS. Таким образом, сера эффективно участвует в необходимых электрохимических реакциях, несмотря на непроводимость кремнезема. Между тем, полярная природа pOMS гарантирует, что LiPS остается в непосредственной близости от катода и вдали от анода.

Ученые также построили аналогичную неполярную, высокопроводящую традиционную пористуглеродную структуру носителя для проведения сравнительных экспериментов со структурой pOMS. Профессор Чон Сон Ю, который руководил исследованием, отметил: «Батарея с углеродным носителем обладает высокой начальной емкостью, которая вскоре падает из-за слабого взаимодействия неполярного углерода с LiPS». Очевидно, что структура кремнезема удерживает гораздо больше серы во время непрерывных циклов, что приводит к гораздо большему сохранению емкости и стабильности на протяжении 2000 циклов".

По мнению исследователей, принимающие структуры для LSB не обязательно должны быть столь же проводящими, как считалось ранее. Yu прокомментировал: «Наши результаты удивительны, так как никто никогда не думал, что непроводящий кремнезем может быть высокоэффективным серным носителем и даже превосходить современные углеродные носители». Данное исследование расширяет выбор материалов-носителей для LSB и может привести к появлению серных батарей нового поколения.

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...