Базираните на силиций катоди стабилизират Li-S клетки. Ефект: повече от 2 цикъла на зареждане вместо няколко десетки

Учени от Института за наука и технологии в Дегу (DGIST, Южна Корея) са разработили катод на базата на силиций, който се очаква да издържи повече от 2 цикъла на зареждане в Li-S клетки. Класическите литиево-йонни клетки използват чист силиций в анодите, за да допълнят и постепенно да заменят графита. Тук е използван силициев оксид, а в катода е използван силициев диоксид.

Li-S клетка = литиев анод, катод от силициев диоксид със сяра

Li-S клетките се считат за интересни поради тяхната висока енергийна плътност, тегло и ниска производствена цена. Все още обаче никой не е успял да създаде версия, която да издържа на повече от няколко десетки цикъла на зареждане. Всичко се дължи на литиеви полисулфиди (LiPS), които се разтварят в електролита по време на разреждане и реагират с анода, намалявайки капацитета му и в резултат на това разрушавайки батерията.

Възможно е южнокорейски изследователи да са намерили решение на проблема. Вместо материали на основата на въглерод (като графит), те използваха катода. ламеларна структура на мезопорест силициев диоксид (POMS).

Ламеларната структура е разбираема, докато мезопорозността се отнася до натрупването на пори (кухини) в силициев диоксид, които имат целеви размер, площна плътност и дисперсия с малък размер (източник). Това е малко като ако редовно пробивате в съседни плочи от някакъв вид силикат, за да направите сито.

Учените от DGIST са използвали тези дупки, за да отлагат сяра в тях (Фигура а). По време на разреждане сярата се разтваря и образува литиеви полисулфиди (LiPS) с литий. По този начин зарядът тече, но LiPS остава в капан близо до катода поради допълнителния недефиниран въглероден фактор (черна структура, фигура b).

По време на зареждането LiPS отделя литий, който се връща към литиевия анод. От друга страна, сярата се превръща в силициев диоксид. Без теч на LiPS към анода, без повреда на метал.

Създадената по този начин Li-S батерия запазва висок капацитет и стабилност за повече от 2 работни цикъла. Най-малко 500-700 цикъла на работа се считат за стандартни за класическите литиево-йонни клетки, въпреки че трябва да се добави, че добре обработените литиево-йонни клетки могат да издържат на няколко хиляди цикъла.