Silicio pagrindu pagaminti katodai stabilizuoja Li-S ląsteles. Poveikis: daugiau nei 2 įkrovimo ciklai vietoj kelių dešimčių

Mokslininkai iš Daegu mokslo ir technologijų instituto (DGIST, Pietų Korėja) sukūrė silicio katodą, kuris, kaip tikimasi, atlaikys daugiau nei 2 Li-S elementų įkrovimo ciklus. Klasikinėse ličio jonų ląstelėse anoduose naudojamas grynas silicis, kad papildytų ir palaipsniui pakeistų grafitą. Čia buvo naudojamas silicio oksidas, o katode – silicio dioksidas.

Li-S elementas = ličio anodas, silicio dioksido katodas su siera

Li-S ląstelės laikomos įdomiomis dėl didelio energijos tankio, svorio ir mažų gamybos sąnaudų. Tačiau kol kas niekam nepavyko sukurti versijos, kuri atlaikytų daugiau nei keliasdešimt įkrovimo ciklų. Viskas dėl ličio polisulfidų (LiPS), kurie iškrovimo metu ištirpsta elektrolite ir reaguoja su anodu, sumažindami jo talpą ir dėl to sunaikindami akumuliatorių.

Gali būti, kad Pietų Korėjos mokslininkai rado problemos sprendimą. Vietoj anglies pagrindu pagamintų medžiagų (pvz., grafito), jie naudojo katodą. lamelinė mezoporinio silicio dioksido struktūra (POMS).

Sluoksninė struktūra yra suprantama, o mezoporiškumas reiškia porų (ertmių) susikaupimą silicio dioksiduose, kurios turi tikslinį dydį, ploto tankį ir mažą dispersiją (šaltinį). Tai panašu į tai, kad reguliariai kišate pro gretimas kokio nors silikato plokštes, kad susidarytumėte sietelį.

DGIST mokslininkai šias skyles panaudojo sieros nusodinimui į jas (a pav.). Išleidimo metu siera ištirpsta ir su ličiu sudaro ličio polisulfidus (LiPS). Taigi, krūvis teka, tačiau LiPS lieka įstrigęs šalia katodo dėl papildomo neapibrėžto anglies faktoriaus (juoda struktūra, b pav.).

Įkrovimo metu LiPS išskiria litį, kuris grąžinamas į ličio anodą. Kita vertus, siera paverčiama silicio dioksidu. Nėra LiPS nuotėkio į anodą, nėra metalo pažeidimų.

Tokiu būdu sukurta Li-S baterija išlaiko didelę talpą ir stabilumą daugiau nei 2 darbo ciklus. Ne mažiau kaip 500–700 veikimo ciklų laikomi standartiniais klasikiniams ličio jonų elementams, nors reikia pridurti, kad gerai apdoroti ličio jonų elementai gali atlaikyti kelis tūkstančius ciklų.