Siliciumbaserede katoder stabiliserer Li-S-celler. Effekt: mere end 2 opladningscyklusser i stedet for flere dusin

Forskere fra Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Sydkorea) har udviklet en siliciumbaseret katode, der forventes at modstå mere end 2 ladecyklusser i Li-S-celler. Klassiske lithium-ion-celler bruger rent silicium i anoderne til at komplementere og gradvist erstatte grafit. Siliciumoxid blev brugt her, og siliciumdioxid blev brugt i katoden.

Li-S celle = lithiumanode, siliciumdioxidkatode med svovl

Li-S-celler betragtes som interessante på grund af deres høje energitæthed, vægt og lave fremstillingsomkostninger. Men indtil videre har ingen været i stand til at skabe en sådan version, der ville modstå mere end et par dusin opladningscyklusser. Alt sammen på grund af lithiumpolysulfider (LiPS), som opløses i elektrolytten under afladning og reagerer med anoden, hvilket reducerer dens kapacitet og som et resultat ødelægger batteriet.

Det er muligt, at sydkoreanske forskere har fundet en løsning på problemet. I stedet for kulstofbaserede materialer (såsom grafit) brugte de i katoden. lamelstruktur af mesoporøs silica (POMS).

Den lamelære struktur forstås, mens mesoporositet betyder akkumulering af porer (hulrum) i silica, der har en planlagt størrelse, arealtæthed og lille størrelsesspredning (kilde). Det er lidt ligesom hvis man jævnligt gennemborer plader af en slags silikat ved siden af hinanden for at lave en si.

DGIST-forskere brugte disse huller til at afsætte svovl i dem (figur a). Under udledning opløses svovl og danner lithiumpolysulfider (LiPS) med lithium. Ladningen flyder således, men LiPS forbliver fanget nær katoden på grund af en yderligere ubestemt kulstoffaktor (sort struktur, figur b).

Under opladning frigiver LiPS lithium, som returneres til lithiumanoden. På den anden side går svovl ind i silica. Ingen LiPS-lækage til anoden, ingen metalskade.

Li-S-batteriet skabt på denne måde bevarer høj kapacitet og stabilitet i mere end 2 arbejdscyklusser. Standarden for klassiske Li-ion-celler anses for at være mindst 500-700 driftscyklusser, selvom det er værd at tilføje, at velbehandlede lithium-ion-celler kan modstå flere tusinde cyklusser.