Silikon əsaslı katodlar Li-S hüceyrələrini sabitləşdirir. Effekt: bir neçə onlarla əvəzinə 2-dən çox şarj dövrü

Daequ Elm və Texnologiya İnstitutunun (DGIST, Cənubi Koreya) alimləri Li-S hüceyrələrində 2-dən çox yük dövrünə tab gətirəcəyi gözlənilən silikon əsaslı katod hazırlayıblar. Klassik litium-ion hüceyrələr qrafiti tamamlamaq və tədricən əvəz etmək üçün anodlarda təmiz silisiumdan istifadə edir. Burada silikon oksiddən, katodda isə silikon dioksiddən istifadə olunub.

Li-S hüceyrəsi = litium anod, kükürdlü silikon dioksid katod

Li-S hüceyrələri yüksək enerji sıxlığı, çəkisi və aşağı istehsal dəyərinə görə maraqlı hesab olunur. Bununla belə, hələ heç kim bir neçə onlarla şarj dövrünə tab gətirə biləcək bir versiya yarada bilməyib. Hamısı boşalma zamanı elektrolitdə həll olunan və anodla reaksiya verən, tutumunu azaldan və nəticədə batareyanı məhv edən litium polisulfidlərə (LiPS) bağlıdır.

Ola bilsin ki, Cənubi Koreyalı tədqiqatçılar problemin həllini tapıblar. Karbon əsaslı materialların (məsələn, qrafit) əvəzinə katoddan istifadə etdilər. mesoporous silisium lamel strukturu (POMS).

Lamel strukturu başa düşüləndir, mezoporozluq isə silisiumda hədəf ölçüsü, ərazi sıxlığı və kiçik ölçülü dispersiyaya (mənbə) malik məsamələrin (boşluqların) yığılmasına aiddir. Bu, bir ələk etmək üçün müntəzəm olaraq bir növ silikatın bitişik boşqablarını soxmağınıza bənzəyir.

DGIST alimləri bu dəlikləri içərilərində kükürd yatırmaq üçün istifadə etdilər (Şəkil a). Boşaltma zamanı kükürd həll olunur və litium ilə litium polisulfidləri (LiPS) əmələ gətirir. Beləliklə, yük axır, lakin əlavə qeyri-müəyyən karbon faktoru (qara quruluş, şəkil b) səbəbindən LiPS katodun yaxınlığında qapalı qalır.

Doldurma zamanı LiPS litium anoduna qaytarılan litium buraxır. Digər tərəfdən, kükürd silisium oksidinə çevrilir. Anodda LiPS sızması, metal zədələnməsi yoxdur.

Bu şəkildə yaradılmış Li-S batareyası 2 iş dövründən çox yüksək tutum və sabitliyi saxlayır. Ən azı 500-700 əməliyyat dövrü klassik Li-ion hüceyrələri üçün standart hesab olunur, baxmayaraq ki, yaxşı işlənmiş litium-ion hüceyrələri bir neçə min dövrəyə tab gətirə bilər.