სილიციუმის კათოდები ასტაბილურებენ Li-S უჯრედებს. ეფექტი: 2-ზე მეტი დატენვის ციკლი რამდენიმე ათეულის ნაცვლად
Daegu-ს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (DGIST, სამხრეთ კორეა) მეცნიერებმა შეიმუშავეს სილიკონზე დაფუძნებული კათოდი, რომელიც სავარაუდოდ გაუძლებს 2-ზე მეტ დამუხტვის ციკლს Li-S უჯრედებში. კლასიკური ლითიუმ-იონური უჯრედები იყენებენ სუფთა სილიკონს ანოდებში, რათა შეავსონ და თანდათან შეცვალონ გრაფიტი. აქ გამოიყენებოდა სილიციუმის ოქსიდი, ხოლო კათოდში გამოიყენებოდა სილიციუმის დიოქსიდი.
Li-S უჯრედი = ლითიუმის ანოდი, სილიციუმის დიოქსიდის კათოდი გოგირდით
Li-S უჯრედები საინტერესოდ ითვლება მათი მაღალი ენერგიის სიმკვრივის, წონისა და წარმოების დაბალი ღირებულების გამო. თუმცა, ჯერ ვერავინ მოახერხა ისეთი ვერსიის შექმნა, რომელიც გაუძლებს დატენვის რამდენიმე ათეულზე მეტ ციკლს. ეს ყველაფერი გამოწვეულია ლითიუმის პოლისულფიდებით (LiPS), რომლებიც იხსნება ელექტროლიტში გამონადენის დროს და რეაგირებენ ანოდთან, ამცირებს მის სიმძლავრეს და, შედეგად, ანადგურებს ბატარეას.
არ არის გამორიცხული, სამხრეთ კორეელმა მკვლევარებმა პრობლემის გამოსავალი იპოვეს. ნახშირბადზე დაფუძნებული მასალების ნაცვლად (როგორიცაა გრაფიტი), მათ გამოიყენეს კათოდი. მეზოპოროზული სილიციუმის ლამელარული სტრუქტურა (POMS).
ლამელარული სტრუქტურა გასაგებია, ხოლო მეზოპოროზულობა გულისხმობს სილიციუმში ფორების (ღრმულების) დაგროვებას, რომლებსაც აქვთ სამიზნე ზომა, არეალის სიმკვრივე და მცირე ზომის დისპერსიულობა (წყარო). ეს ცოტათი ჰგავს სილიკატის მიმდებარე თეფშებში რეგულარულად ჩაჭრას საცრის გასაკეთებლად.
DGIST-ის მეცნიერებმა გამოიყენეს ეს ხვრელები მათში გოგირდის დასაფენად (სურათი ა). გამონადენის დროს გოგირდი იხსნება და ლითიუმთან ერთად წარმოქმნის ლითიუმის პოლისულფიდებს (LiPS). ამრიგად, მუხტი მიედინება, მაგრამ LiPS რჩება კათოდის მახლობლად ჩაკეტილი ნახშირბადის დამატებითი განუსაზღვრელი ფაქტორის გამო (შავი სტრუქტურა, სურათი ბ).
დატენვისას LiPS ათავისუფლებს ლითიუმს, რომელიც უბრუნდება ლითიუმის ანოდს. მეორეს მხრივ, გოგირდი გარდაიქმნება სილიციუმად. არ არის ტუჩის გაჟონვა ანოდზე, არ არის ლითონის დაზიანება.
ამ გზით შექმნილი Li-S ბატარეა ინარჩუნებს მაღალ ტევადობას და სტაბილურობას 2-ზე მეტი სამუშაო ციკლის განმავლობაში. მუშაობის მინიმუმ 500-700 ციკლი ითვლება სტანდარტად კლასიკური Li-ion უჯრედებისთვის, თუმცა უნდა დაემატოს, რომ კარგად დამუშავებული ლითიუმ-იონის უჯრედები უძლებენ რამდენიმე ათას ციკლს.
ეს შეიძლება დაგაინტერესოთ:
