Kiselbaserade katoder stabiliserar Li-S-celler. Effekt: mer än 2 laddningscykler istället för flera dussin

Forskare från Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Sydkorea) har utvecklat en kiselbaserad katod som förväntas klara mer än 2 laddningscykler i Li-S-celler. Klassiska litiumjonceller använder rent kisel i anoderna för att komplettera och gradvis ersätta grafit. Här användes kiseloxid och i katoden användes kiseldioxid.

Li-S cell = litiumanod, kiseldioxidkatod med svavel

Li-S-celler anses intressanta på grund av deras höga energitäthet, vikt och låga tillverkningskostnad. Men hittills har ingen kunnat skapa en sådan version som skulle klara mer än ett par dussin laddningscykler. Allt på grund av litiumpolysulfider (LiPS), som löses upp i elektrolyten under urladdning och reagerar med anoden, vilket minskar dess kapacitet och som ett resultat förstör batteriet.

Det är möjligt att sydkoreanska forskare har hittat en lösning på problemet. Istället för kolbaserade material (som grafit) använde de i katoden. lamellstruktur av mesoporös kiseldioxid (POMS).

Den lamellära strukturen förstås, medan mesoporositet betyder ackumulering av porer (håligheter) i kiseldioxid som har en planerad storlek, yttäthet och liten storleksspridning (källa). Det är lite som om man regelbundet sticker hål på tallrikar av någon sorts silikat bredvid varandra för att göra en sil.

DGIST-forskare använde dessa hål för att avsätta svavel i dem (Figur a). Vid utsläpp löser sig svavel och bildar litiumpolysulfider (LiPS) med litium. Således flyter laddningen, men LiPS förblir fångad nära katoden på grund av en ytterligare obestämd kolfaktor (svart struktur, figur b).

Under laddning släpper LiPS ut litium, som återförs till litiumanoden. Å andra sidan går svavel in i kiseldioxid. Inget LiPS-läckage till anoden, inga metallskador.

Li-S-batteriet skapat på detta sätt behåller hög kapacitet och stabilitet under mer än 2 arbetscykler. Standarden för klassiska litiumjonceller anses vara minst 500-700 driftscykler, även om det är värt att tillägga att välbehandlade litiumjonceller tål flera tusen cykler.