Các cực âm dựa trên silicon giúp ổn định các tế bào Li-S. Hiệu ứng: hơn 2 chu kỳ sạc thay vì vài chục lần

Các nhà khoa học từ Viện Khoa học và Công nghệ Daegu (DGIST, Hàn Quốc) đã phát triển một cực âm dựa trên silicon được cho là có thể chịu được hơn 2 chu kỳ sạc trong các tế bào Li-S. Các tế bào lithium-ion cổ điển sử dụng silicon nguyên chất ở cực dương để bổ sung và dần dần thay thế than chì. Ôxít silic đã được sử dụng ở đây và điôxit silic được sử dụng ở cực âm.

Tế bào Li-S = cực dương liti, cực âm silic điôxít với lưu huỳnh

Tế bào Li-S được coi là thú vị vì mật độ năng lượng cao, trọng lượng và chi phí sản xuất thấp. Tuy nhiên, vẫn chưa ai có thể tạo ra một phiên bản có thể chịu được hơn vài chục chu kỳ sạc. Tất cả là do lithium polysulfide (LiPS), hòa tan trong chất điện phân trong quá trình phóng điện và phản ứng với cực dương, làm giảm dung lượng của nó và kết quả là phá hủy pin.

Có thể các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã tìm ra giải pháp cho vấn đề. Thay vì các vật liệu dựa trên carbon (chẳng hạn như than chì), chúng được sử dụng trong cực âm. cấu trúc phiến của silica trung tính (POMS).

Cấu trúc dạng phiến có thể hiểu được, trong khi độ xốp đề cập đến sự tích tụ của các lỗ rỗng (khoang) trong silica có kích thước dự kiến, mật độ hạt và độ phân tán kích thước nhỏ (nguồn). Nó hơi giống như nếu bạn thường xuyên chọc qua các tấm liền kề của một loại silicat nào đó để tạo thành một cái rây.

Các nhà khoa học của DGIST đã sử dụng những lỗ này để lắng đọng lưu huỳnh trong chúng (Hình a). Trong quá trình phóng điện, lưu huỳnh hòa tan và tạo thành các polysulfua liti (LiPS) với liti. Do đó, điện tích chảy, nhưng LiPS vẫn bị giữ lại gần catốt do yếu tố cacbon không xác định bổ sung (cấu trúc màu đen, hình b).

Trong quá trình sạc, LiPS giải phóng lithium, được quay trở lại cực dương lithium. Mặt khác, lưu huỳnh được chuyển thành silica. Không rò rỉ LiPS đến cực dương, không làm hỏng kim loại.

Pin Li-S được tạo ra theo cách này vẫn giữ được dung lượng cao và ổn định trong hơn 2 chu kỳ làm việc. Ít nhất 500-700 chu kỳ hoạt động được coi là tiêu chuẩn cho các tế bào Li-ion cổ điển, mặc dù cần nói thêm rằng các tế bào lithium-ion được xử lý tốt có thể chịu được vài nghìn chu kỳ.