A szilícium alapú katódok stabilizálják a Li-S cellákat. Hatás: több mint 2 töltési ciklus több tucat helyett
A Daegu Tudományos és Technológiai Intézet (DGIST, Dél-Korea) tudósai szilícium alapú katódot fejlesztettek ki, amely várhatóan több mint 2 töltési ciklust fog kibírni Li-S cellákban. A klasszikus lítium-ion cellák tiszta szilíciumot használnak az anódokban a grafit kiegészítésére és fokozatos helyettesítésére. Itt szilícium-oxidot, a katódban szilícium-dioxidot használtak.
Li-S cella = lítium anód, szilícium-dioxid katód kénnel
A Li-S cellákat nagy energiasűrűségük, súlyuk és alacsony gyártási költségük miatt tartják érdekesnek. Olyan verziót azonban még senkinek nem sikerült létrehoznia, amely több tucatnál több töltési ciklust is kibírna. Mindez a lítium-poliszulfidoknak (LiPS) köszönhető, amelyek a kisülés során feloldódnak az elektrolitban, és reakcióba lépnek az anóddal, csökkentve annak kapacitását, és ennek eredményeként tönkreteszik az akkumulátort.
Lehetséges, hogy dél-koreai kutatók találtak megoldást a problémára. A szénalapú anyagok (például grafit) helyett a katódot használták. mezopórusos szilícium-dioxid (POMS) lamellás szerkezete.
A lamellás szerkezet érthető, míg a mezoporozitás a szilícium-dioxidban lévő pórusok (üregek) felhalmozódását jelenti, amelyek célmérettel, területi sűrűséggel és kis méretű diszperzióval (forrással) rendelkeznek. Ez egy kicsit olyan, mintha rendszeresen átböknénk valamilyen szilikát szomszédos tányérjain, hogy szitát készítsünk.
A DGIST tudósai ezeket a lyukakat használták arra, hogy ként helyezzenek el bennük (a ábra). Kibocsátás közben a kén feloldódik és lítium-poliszulfidokat (LiPS) képez a lítiummal. Így a töltés áramlik, de a LiPS a katód közelében marad a további, meghatározatlan széntényező miatt (fekete szerkezet, b ábra).
A töltés során a LiPS lítiumot szabadít fel, amely visszakerül a lítium anódra. Másrészt a ként szilícium-dioxiddá alakul. Nincs LiPS szivárgás az anódon, nincs fém sérülés.
Az így létrehozott Li-S akkumulátor több mint 2 munkacikluson keresztül megőrzi nagy kapacitását és stabilitását. A klasszikus Li-ion celláknál legalább 500-700 működési ciklus számít standardnak, bár hozzá kell tenni, hogy a jól feldolgozott lítium-ion cellák több ezer ciklust is kibírnak.
Ez érdekelheti:
