Катодите базирани на силикон ги стабилизираат Li-S клетките. Ефект: повеќе од 2 циклуси на полнење наместо неколку десетици

Научниците од Институтот за наука и технологија Даегу (DGIST, Јужна Кореја) развија катода базирана на силикон која се очекува да издржи повеќе од 2 циклуси на полнење во ќелиите Li-S. Класичните литиум-јонски ќелии користат чист силициум во анодите за да го надополнат и постепено да го заменат графитот. Овде се користел силициум оксид, а во катодата бил користен силициум диоксид.

Li-S ќелија = литиум анода, силициум диоксид катода со сулфур

Li-S ќелиите се сметаат за интересни поради нивната висока енергетска густина, тежина и ниски трошоци за производство. Сепак, никој сè уште не успеал да создаде верзија која би издржала повеќе од неколку десетици циклуси на полнење. Сето тоа се должи на литиум полисулфидите (LiPS), кои се раствораат во електролитот за време на празнењето и реагираат со анодата, намалувајќи го нејзиниот капацитет и, како резултат, уништувајќи ја батеријата.

Можно е јужнокорејските истражувачи да нашле решение за проблемот. Наместо материјали базирани на јаглерод (како што е графитот), тие ја користеа катодата. ламеларна структура на мезопорозна силициум диоксид (POMS).

Ламеларната структура е разбирлива, додека мезопорозноста се однесува на акумулација на пори (шуплини) во силициум диоксид кои имаат целна големина, површина густина и мала големина дисперзија (извор). Ова е малку како редовно пробивање низ соседните плочи од некој вид силикат за да се направи сито.

Научниците од DGIST ги користеа овие дупки за да таложат сулфур во нив (слика а). За време на испуштањето, сулфурот се раствора и формира литиум полисулфиди (LiPS) со литиум. Така, полнежот тече, но LiPS останува заробен во близина на катодата поради дополнителниот недефиниран фактор на јаглерод (црна структура, слика б).

За време на полнењето, LiPS ослободува литиум, кој се враќа во литиумската анода. Од друга страна, сулфурот се претвора во силициум диоксид. Нема истекување на усните до анодата, нема метални оштетувања.

Батеријата Li-S создадена на овој начин задржува висок капацитет и стабилност повеќе од 2 работни циклуси. Најмалку 500-700 циклуси на работа се сметаат за стандардни за класичните Li-ion ќелии, иако треба да се додаде дека добро обработените литиум-јонски ќелии можат да издржат неколку илјади циклуси.