Silikon asosidagi katodlar Li-S hujayralarini barqarorlashtiradi. Effekt: bir necha o'nlab o'rniga 2 dan ortiq zaryadlash davri

Tegu Fan va Texnologiya Instituti (DGIST, Janubiy Koreya) olimlari Li-S hujayralarida 2 dan ortiq zaryad davriga bardosh berishi kutilayotgan kremniy asosidagi katodni ishlab chiqdi. Klassik lityum-ionli hujayralar grafitni to'ldirish va asta-sekin almashtirish uchun anodlarda sof kremniydan foydalanadi. Bu yerda kremniy oksidi, katodda esa kremniy dioksidi ishlatilgan.

Li-S xujayrasi = lityum anod, oltingugurt bilan silikon dioksid katod

Li-S xujayralari yuqori energiya zichligi, og'irligi va past ishlab chiqarish narxi tufayli qiziqarli hisoblanadi. Biroq, hali hech kim bir necha o'ndan ortiq zaryadlash davrlariga bardosh beradigan versiyani yaratishga muvaffaq bo'lmadi. Bularning barchasi zaryadsizlanish vaqtida elektrolitda eriydigan va anod bilan reaksiyaga kirishadigan, uning quvvatini kamaytiradigan va natijada batareyani yo'q qiladigan lityum polisulfidlar (LiPS) tufayli.

Janubiy koreyalik tadqiqotchilar muammoning yechimini topgan bo‘lishi mumkin. Uglerodga asoslangan materiallar (masalan, grafit) o'rniga ular katoddan foydalanganlar. mezoporoz kremniyning qatlamli tuzilishi (POMS).

Lamellar tuzilishi tushunarli, mezoporozlik esa kremniy dioksidida maqsadli o'lchamga, maydon zichligiga va kichik o'lchamdagi dispersiyaga (manba) ega bo'lgan gözenekler (bo'shliqlar) to'planishini anglatadi. Agar siz muntazam ravishda elak qilish uchun qandaydir silikatning qo'shni plitalarini teshsangiz, xuddi shunday.

DGIST olimlari bu teshiklardan oltingugurtni to'plash uchun foydalanganlar (a-rasm). Chiqarish jarayonida oltingugurt eriydi va litiy bilan lityum polisulfidlarni (LiPS) hosil qiladi. Shunday qilib, zaryad oqadi, lekin qo'shimcha aniqlanmagan uglerod omili (qora struktura, b-rasm) tufayli LiPS katod yaqinida ushlanib qoladi.

Zaryadlash vaqtida LiPS lityumni chiqaradi, u lityum anodga qaytariladi. Boshqa tomondan, oltingugurt kremniyga aylanadi. Anodga LiPS oqishi yo'q, metall shikastlanishi yo'q.

Shu tarzda yaratilgan Li-S batareyasi 2 dan ortiq ish siklida yuqori quvvat va barqarorlikni saqlaydi. Klassik Li-ion hujayralari uchun kamida 500-700 ish tsikli standart hisoblanadi, ammo shuni qo'shimcha qilish kerakki, yaxshi ishlangan lityum-ion hujayralar bir necha ming tsikllarga bardosh bera oladi.