Katoda me bazë silikoni stabilizojnë qelizat Li-S. Efekti: më shumë se 2 cikle ngarkimi në vend të disa dhjetëra

Shkencëtarët nga Instituti i Shkencës dhe Teknologjisë Daegu (DGIST, Koreja e Jugut) kanë zhvilluar një katodë me bazë silikoni që pritet të përballojë më shumë se 2 cikle ngarkimi në qelizat Li-S. Qelizat klasike të litium-jonit përdorin silikon të pastër në anoda për të plotësuar dhe zëvendësuar gradualisht grafitin. Këtu është përdorur oksidi i silikonit dhe në katodë është përdorur dioksidi i silikonit.

Qelizë Li-S = anodë litiumi, katodë e dioksidit të silikonit me squfur

Qelizat Li-S konsiderohen interesante për shkak të densitetit të lartë të energjisë, peshës dhe kostos së ulët të prodhimit. Sidoqoftë, askush nuk ka arritur ende të krijojë një version që do t'i rezistonte më shumë se disa dhjetëra cikleve të karikimit. Të gjitha për shkak të polisulfideve të litiumit (LiPS), të cilat treten në elektrolit gjatë shkarkimit dhe reagojnë me anodën, duke zvogëluar kapacitetin e saj dhe, si rezultat, duke shkatërruar baterinë.

Është e mundur që studiuesit e Koresë së Jugut të kenë gjetur një zgjidhje për problemin. Në vend të materialeve me bazë karboni (si grafiti), ata përdorën katodën. struktura lamelare e silicës mezoporoze (POMS).

Struktura lamelare është e kuptueshme, ndërsa mesoporoziteti i referohet akumulimit të poreve (zgavrave) në silicë që kanë një madhësi të planifikuar, densitet të zonës dhe shpërndarje (burim) të përmasave të vogla. Është paksa sikur të kaloni rregullisht nëpër pllaka ngjitur me një lloj silikati për të bërë një sitë.

Shkencëtarët e DGIST përdorën këto vrima për të depozituar squfur në to (Figura a). Gjatë shkarkimit, squfuri shpërndahet dhe formon polisulfide litium (LiPS) me litium. Kështu, ngarkesa rrjedh, por LiPS mbetet e bllokuar pranë katodës për shkak të faktorit shtesë të padefinuar të karbonit (struktura e zezë, figura b).

Gjatë karikimit, LiPS lëshon litium, i cili kthehet në anodën e litiumit. Nga ana tjetër, squfuri shndërrohet në silicë. Asnjë rrjedhje e buzëve në anodë, pa dëmtime metalike.

Bateria Li-S e krijuar në këtë mënyrë ruan kapacitet dhe qëndrueshmëri të lartë për më shumë se 2 cikle pune. Të paktën 500-700 cikle funksionimi konsiderohen standarde për qelizat klasike Li-jon, megjithëse duhet shtuar se qelizat litium-jon të përpunuara mirë mund të përballojnë disa mijëra cikle.