Кремний негізіндегі катодтар Li-S жасушаларын тұрақтандырады. Әсері: бірнеше ондаған орнына 2-ден астам зарядтау циклі

Тэгу ғылым және технология институтының (DGIST, Оңтүстік Корея) ғалымдары Li-S жасушаларында 2-ден астам заряд цикліне төтеп беретін кремний негізіндегі катодты жасап шығарды. Классикалық литий-ионды жасушалар графитті толықтыру және біртіндеп ауыстыру үшін анодтардағы таза кремнийді пайдаланады. Мұнда кремний оксиді, ал катодта кремний диоксиді пайдаланылды.

Li-S ұяшығы = литий аноды, күкіртті кремний диоксиді катоды

Li-S жасушалары жоғары энергия тығыздығына, салмағына және төмен өндірістік құнына байланысты қызықты болып саналады. Дегенмен, әзірге ешкім бірнеше ондаған заряд цикліне төтеп беретін мұндай нұсқаны жасай алмады. Мұның бәрі разряд кезінде электролитте еритін және анодпен әрекеттесетін литий полисульфидтеріне (LiPS), оның сыйымдылығын төмендетеді және нәтижесінде батареяны бұзады.

Оңтүстік Корея зерттеушілері мәселенің шешімін тапқан болуы мүмкін. Олар катодта көміртегі негізіндегі материалдардың орнына (мысалы, графит) пайдаланылды. Мезокеуекті кремнеземнің пластинкалық құрылымы (POMS).

Пластинкалық құрылым түсініледі, ал мезокеуектілік кремний диоксидінде жоспарланған мөлшері, бетінің тығыздығы және аз мөлшердегі дисперсиясы (көзі) бар кеуектердің (қуыстар) жиналуын білдіреді. Бұл елек жасау үшін бір-бірінің қасында қандай да бір силикат тақталарын үнемі тесетін сияқты.

DGIST ғалымдары бұл тесіктерді оларға күкірт қою үшін пайдаланды (сурет a). Ағызу кезінде күкірт ериді және литиймен литий полисульфидтерін (LiPS) түзеді. Осылайша, заряд ағады, бірақ LiPS қосымша анықталмаған көміртегі факторына байланысты катодтың жанында ұсталып қалады (қара құрылым, б сурет).

Зарядтау кезінде LiPS литийді шығарады, ол литий анодына қайтарылады. Екінші жағынан, күкірт кремнеземге түседі. Анодқа LiPS ағып кетпейді, металл зақымдалмайды.

Осылайша жасалған Li-S батареясы 2 жұмыс циклінен астам жоғары сыйымдылық пен тұрақтылықты сақтайды. Классикалық литий-иондық жасушалардың стандарты кем дегенде 500-700 жұмыс циклі болып саналады, дегенмен жақсы өңделген литий-иондық жасушалар бірнеше мың циклдарға төтеп бере алатынын қосу керек.