Литий-серная батарея разрабатывается учёными на замену иону

Литий-серная батарея разрабатывается учёными на замену иону

Литий-ионные аккумуляторы, как оказалось, не отвечают потребностям электронных устройств повышенной мощности, например, электромобилей, в плане обеспечения энергией. Поэтому стремясь решить эту насущную проблему, учёные разрабатывают батареи большей ёмкости, в частности, литий-серные батареи. Действительно, теоретически высокий показатель ёмкости серы и плотности энергии этого вещества, способствует созданию мощной АКБ.

Проблемный рубеж литий-серных АКБ

Между тем, существует ряд проблем, которые необходимо решить учёным, прежде чем литий-серные батареи станут доступными в использовании на практике. Среди таких проблем особо существенными являются две:

  1. Низкая электропроводность серы.
  2. Быстрое снижение емкости, вызванное выходом полисульфидов из катода.

Второй момент – эффект, вызывающий диффузию полисульфидов от катода, приводит к потери ёмкости. Эффект также способствует потреблению большого количества свежего лития и электролитов, снижает производительность батареи в целом.

И вот, с целью решения обозначенных проблем и улучшения характеристик литиево-серной батареи, учёными создан электрод, имеющий структуру «сэндвича». Такой «сэндвич» содержит инновационный материал, способный улавливать полисульфиды и наращивать кинетику реакции.

Новый материал для «сэндвича», имеющий обозначение ZIF-67, представлен металлоорганическим каркасом (MOF), построенным на основе ионов металлов или металлических кластеров и органических лигандов. Продукт видится перспективным:

  • в области хранения и разделения газа,
  • катализа,
  • хранения энергии.

Материалы на основе MOF также привлекательны для накопления энергии, благодаря своей прочной структуре, пористой поверхности и высокой проводимости. Электрод многослойной структуры с наличием серы, иммобилизованной между слоями PZ67, PZ67 / S / PZ67, повышает практическую плотность энергии литиево-серной батареи, примерно, в три-пять раз.

Этот показатель заметно выше, чем у традиционных литий-ионных батарей. Структура PZ67 состоит из полярных материалов. Поэтому пористый углерод демонстрирует синергетический эффект в химическом взаимодействии, служит физическим барьером, обеспечивая высокую проводимость. Благодаря этому, удаётся избавиться от эффекта выхода полисульфида и добиться улучшения циклических характеристик батарей.

Процесс изготовления гибридного продукта

Пористая структура PZ67 способна не только поглощать полисульфиды с образованием конфайнмента, но также улучшать кинетику реакции реальных активных материалов во время циклирования АКБ.

Электрод многослойной структуры, ограничивающий растворимые полисульфиды, рассматривается эффективным инструментом в плане ограничения растворимых материалов.

Учёные планируют продолжить работу, дабы ускорить процесс изготовления гибридного продукта методом горячего прессования. Специалисты также планируют устранить нестабильность на стороне анода литиево-серных батарей путём добавления защитного слоя.


При помощи информации: AIP