تعمل الكاثودات القائمة على السيليكون على استقرار خلايا Li-S. التأثير: أكثر من دورتين شحن بدلاً من العشرات
طور علماء من معهد دايجو للعلوم والتكنولوجيا (DGIST ، كوريا الجنوبية) الكاثود القائم على السيليكون والذي من المتوقع أن يتحمل أكثر من دورتين من الشحن في خلايا Li-S. تستخدم خلايا الليثيوم أيون الكلاسيكية السيليكون النقي في الأنودات لتكملة الجرافيت واستبداله تدريجيًا. تم استخدام أكسيد السيليكون هنا ، واستخدم ثاني أكسيد السيليكون في الكاثود.
خلية Li-S = أنود الليثيوم ، كاثود ثاني أكسيد السيليكون مع الكبريت
تعتبر خلايا Li-S مثيرة للاهتمام نظرًا لكثافة طاقتها العالية ووزنها وتكلفة تصنيعها المنخفضة. ومع ذلك ، لم يتمكن أحد حتى الآن من إنشاء مثل هذا الإصدار الذي يمكنه تحمل أكثر من بضع عشرات من دورات الشحن. كل ذلك بسبب بولي كبريتيد الليثيوم (LiPS) ، الذي يذوب في المنحل بالكهرباء أثناء التفريغ ويتفاعل مع الأنود ، مما يقلل من قدرته ، ونتيجة لذلك ، يدمر البطارية.
من الممكن أن يكون باحثون كوريون جنوبيون قد توصلوا إلى حل للمشكلة. بدلاً من المواد التي أساسها الكربون (مثل الجرافيت) استخدموها في الكاثود. الهيكل الرقائقي للسيليكا ميسوبوروس (بومس).
يُفهم الهيكل الرقائقي ، بينما يعني الميزوبوروسيت تراكم المسام (التجاويف) في السيليكا التي لها حجم مخطط ، وكثافة مساحية ، وتشتت صغير الحجم (مصدر). إنه يشبه إلى حد ما إذا كنت تخترق بانتظام أطباق من نوع من السيليكات بجانب بعضها البعض لعمل غربال.
استخدم علماء DGIST هذه الثقوب لإيداع الكبريت فيها (الشكل أ). أثناء التفريغ ، يذوب الكبريت ويشكل بولي كبريتيد الليثيوم (LiPS) مع الليثيوم. وبالتالي ، تتدفق الشحنة ، لكن LiPS يظل محاصرًا بالقرب من الكاثود بسبب عامل كربون إضافي غير محدد (البنية السوداء ، الشكل ب).
أثناء الشحن ، يطلق LiPS الليثيوم ، والذي يتم إرجاعه إلى أنود الليثيوم. من ناحية أخرى ، يذهب الكبريت إلى السيليكا. لا تسرب LiPS إلى الأنود ، لا ضرر معدني.
تحتفظ بطارية Li-S التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة بقدرة عالية واستقرار لأكثر من دورتين عمل. يعتبر معيار خلايا Li-ion الكلاسيكية ما لا يقل عن 2-500 دورة تشغيل ، على الرغم من أنه من الجدير إضافة أن خلايا الليثيوم أيون المعالجة جيدًا يمكنها تحمل عدة آلاف من الدورات.
قد يثير هذا اهتمامك:
