کاتدهای مبتنی بر سیلیکون سلول های Li-S را تثبیت می کنند. اثر: بیش از 2 چرخه شارژ به جای چند ده

دانشمندان موسسه علم و فناوری Daegu (DGIST، کره جنوبی) یک کاتد مبتنی بر سیلیکون ساخته اند که انتظار می رود بیش از 2 چرخه شارژ در سلول های Li-S را تحمل کند. سلول های کلاسیک لیتیوم یونی از سیلیکون خالص در آندها برای تکمیل و جایگزینی تدریجی گرافیت استفاده می کنند. در اینجا از اکسید سیلیکون و در کاتد از دی اکسید سیلیکون استفاده شده است.

سلول Li-S = آند لیتیوم، کاتد دی اکسید سیلیکون با گوگرد

سلول های Li-S به دلیل چگالی انرژی بالا، وزن و هزینه ساخت کم، جالب در نظر گرفته می شوند. با این حال، هیچ کس هنوز موفق به ایجاد نسخه ای نشده است که بیش از ده ها چرخه شارژ را تحمل کند. همه به دلیل پلی سولفیدهای لیتیوم (LiPS) هستند که در هنگام تخلیه در الکترولیت حل می شوند و با آند واکنش می دهند و ظرفیت آن را کاهش می دهند و در نتیجه باتری را از بین می برند.

این احتمال وجود دارد که محققان کره جنوبی راه حلی برای این مشکل پیدا کرده باشند. به جای مواد مبتنی بر کربن (مانند گرافیت)، از کاتد استفاده کردند. ساختار لایه ای سیلیس مزوپور (POMS).

ساختار لایه‌ای قابل درک است، در حالی که مزوپوروزیته به تجمع منافذ (حفره‌ها) در سیلیس اشاره دارد که اندازه هدف، چگالی ناحیه‌ای و پراکندگی اندازه کوچک (منبع) دارند. کمی شبیه به این است که مرتباً صفحات مجاور نوعی سیلیکات را بچرخانید تا الک درست کنید.

دانشمندان DGIST از این سوراخ ها برای رسوب گوگرد در آنها استفاده کردند (شکل a). در حین تخلیه، گوگرد حل می شود و با لیتیوم پلی سولفیدهای لیتیوم (LiPS) تشکیل می دهد. بنابراین، بار جریان می یابد، اما LiPS به دلیل فاکتور کربن نامشخص اضافی (ساختار سیاه، شکل b) در نزدیکی کاتد به دام می افتد.

در حین شارژ، LiPS لیتیوم آزاد می کند که به آند لیتیوم بازگردانده می شود. از طرفی گوگرد به سیلیس تبدیل می شود. بدون نشت لب به آند، بدون آسیب فلز.

باتری Li-S ایجاد شده در این روش ظرفیت و پایداری بالایی را برای بیش از 2 چرخه کاری حفظ می کند. حداقل 500-700 چرخه عملکرد برای سلول های Li-ion کلاسیک استاندارد در نظر گرفته می شود، اگرچه باید اضافه کرد که سلول های لیتیوم-یون به خوبی پردازش شده می توانند چندین هزار چرخه را تحمل کنند.