Кремний негизиндеги катоддор Li-S клеткаларын турукташтырат. Effect: бир нече ондогон ордуна 2ден ашык заряд цикли

Тэгу илим жана технология институтунун (DGIST, Түштүк Корея) окумуштуулары Li-S клеткаларында 2ден ашык заряд циклине туруштук бере турган кремний негизиндеги катодду иштеп чыгышты. Классикалык литий-иондук клеткалар графитти толуктоо жана акырындык менен алмаштыруу үчүн аноддордогу таза кремнийди колдонушат. Бул жерде кремний оксиди, катоддо кремний диоксиди колдонулган.

Li-S клетка = литий аноду, күкүрт менен кремний диоксиди катоду

Li-S клеткалары энергиянын жогорку тыгыздыгы, салмагы жана өндүрүштүк наркынын төмөндүгү үчүн кызыктуу деп эсептелет. Бирок, азырынча эч ким бир нече ондогон заряддоо циклдарына туруштук бере турган версияны түзө алган жок. Мунун баары литий полисульфиддерине (LiPS) байланыштуу, алар разряд учурунда электролитте эрип, анод менен реакцияга кирип, анын кубаттуулугун төмөндөтүп, натыйжада аккумуляторду жок кылат.

Балким түштүк кореялык изилдөөчүлөр маселенин чечүү жолун тапкандыр. Көмүртек негизиндеги материалдардын ордуна (мисалы, графит), алар катодду колдонушкан. мезопоралуу кремнеземдин катмарлуу түзүлүшү (POMS).

Мезопороздук кремний диоксидиндеги тешикчелердин (көңдөйлөрдүн) топтолушун билдирет, ал эми пластинкалуу түзүлүшү түшүнүктүү, алар максаттуу өлчөмгө, зоналык тыгыздыкка жана кичине өлчөмдөгү дисперсияга (булак) ээ. Бул бир аз эле, сиз силикаттын жанаша табличкаларын үзгүлтүксүз тешип, элек жасоого окшош.

DGIST илимпоздору бул тешиктерди аларга күкүрт салуу үчүн колдонушкан (сүрөт а). Агызып жатканда күкүрт эрип, литий менен литий полисульфиддерин (LiPS) түзөт. Ошентип, заряд агат, бирок LiPS кошумча аныкталбаган көмүртек факторунан улам катоддун жанында камалып калат (кара структура, б сүрөт).

Заряддоо учурунда LiPS литийди бөлүп чыгарат, ал литий анодуна кайтарылат. Башка жагынан алып караганда, күкүрт кремний диоксидине айланат. Анодго LiPS агып кетпейт, металл бузулбайт.

Ушундай жол менен түзүлгөн Li-S батарейкасы 2ден ашык жумушчу цикл үчүн жогорку кубаттуулукту жана туруктуулукту сактайт. Классикалык литий-иондук клеткалар үчүн эң аз дегенде 500-700 операция цикли стандарт болуп эсептелет, бирок жакшы иштетилген литий-иондук клеткалар бир нече миң циклге туруштук бере аларын кошумчалоо керек.