Catozii pe bază de siliciu stabilizează celulele Li-S. Efect: mai mult de 2 cicluri de încărcare în loc de câteva zeci

Oamenii de știință de la Institutul de Știință și Tehnologie Daegu (DGIST, Coreea de Sud) au dezvoltat un catod pe bază de siliciu care este de așteptat să reziste la mai mult de 2 cicluri de încărcare în celulele Li-S. Celulele clasice cu litiu-ion folosesc siliciu pur în anozi pentru a completa și înlocui treptat grafitul. Aici a fost folosit oxid de siliciu, iar în catod a fost folosit dioxid de siliciu.

Celulă Li-S = anod de litiu, catod de dioxid de siliciu cu sulf

Celulele Li-S sunt considerate interesante datorită densității mari de energie, greutății și costului de producție scăzut. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit încă să creeze o versiune care să reziste la mai mult de câteva zeci de cicluri de încărcare. Toate datorită polisulfurilor de litiu (LiPS), care se dizolvă în electrolit în timpul descărcării și reacţionează cu anodul, reducându-i capacitatea și, ca urmare, distrugând bateria.

Este posibil ca cercetătorii sud-coreeni să fi găsit o soluție la problemă. În loc de materiale pe bază de carbon (cum ar fi grafitul), au folosit catodul. structura lamelară a silicei mezoporoase (POMS).

Structura lamelară este de înțeles, în timp ce mezoporozitatea se referă la acumularea de pori (cavități) în silice care au o dimensiune țintă, densitate suprafață și dispersie de dimensiuni mici (sursă). Este un pic ca și cum ar fi scos prin plăci adiacente de un fel de silicat în mod regulat pentru a face o sită.

Oamenii de știință DGIST au folosit aceste găuri pentru a depune sulf în ele (Figura a). În timpul descărcării, sulful se dizolvă și formează polisulfuri de litiu (LiPS) cu litiul. Astfel, sarcina curge, dar LiPS rămâne prins în apropierea catodului din cauza factorului de carbon suplimentar nedefinit (structură neagră, figura b).

În timpul încărcării, LiPS eliberează litiu, care este returnat la anodul de litiu. Pe de altă parte, sulful este transformat în silice. Fără scurgeri de buze către anod, fără daune metalice.

Bateria Li-S creata in acest fel pastreaza capacitate mare si stabilitate pentru mai mult de 2 cicluri de lucru. Cel puțin 500-700 de cicluri de funcționare sunt considerate standard pentru celulele clasice Li-ion, deși trebuie adăugat că celulele litiu-ion bine procesate pot rezista la câteva mii de cicluri.