Jelentős előrelépés a lítium-kén akkumulátorok terén

A Nature Communications című folyóiratban megjelent tanulmány leírja, hogy a Waterloo Egyetemen dolgozó Linda Nazar professzor vezette kutatócsoportnak sikerült 1300 mAh g-1 kapacitást elérnie C/20 áramsűsűség mellett, míg a kapacitásveszteség 20-szoros áramsűrűség mellett is csupán csekély mértékű volt (950 mAh g-1).

A kutatók arra is rámutattak, hogy a mechanizmus a grafén-oxidokra is kiterjedhet, így sokkal szélesebb körben is alkalmazható.

A lítium-kén akkumulátorok számítanak a legígéretesebb akkumulátortechnológiának, amely kielégíthetné a növekvő piaci igényeket, mivel elméleti kapacitása és energiasűrűsége eléri az 1675 mAh g-1 és 2500 KW kg-1 értéket, amely jelentősen meghaladja a jelenleg használt lítium-ion akkumulátorok teljesítményét. Mindezen felül a kén gyakori természetes előfordulásának köszönhetően a gyártási költségek is jelentősen csökkenhetnek.

Az adatok azt sugallják, hogy a lítium-kén akkumulátorok elméletben a lítium-ion társaikhoz képest többszörös energiatárolásra képesek alacsonyabb ár mellett, ám a gyakorlati alkalmazást jelenleg több akadály nehezíti. A nehézséget főként a kén és lítium szulfidok szigetelő természete okozza, ami több vezető adalékanyag hozzáadását igényli, jelentős teljesítményveszteséget okoz a töltési ciklusok múlásával, illetve jelentősen csökkenti a ciklikus stabilitást (Coulomb-hatásfok).

Az évtizedek során nagy erőfeszítéseket tettek, hogy megoldást találjanak rá, hogy miként lehetne a poliszulfideket a kadódstruktúrában tartani. Egy olyan kémiai megközelítéssel álltunk elő, amely során két lépésben poliszulfid redox oldatot egy nem oldható tioszulfáton keresztül vezetünk át – mondta Linda Nazar.

A felszínen keletkező politionát egyfajta „transzferközvetítőként„ viselkedik – magyarázta a kutatás vezetője. A Nazar és kollégái által felfedezett módszer csökkenti a töltés és kisütés közbeni aktív tömegveszteséget és nagyobb teljesítményt, valamint ciklikus stabilitást tesz lehetővé.

A korábbi stratégiákkal szemben, ahol a poliszulfideket fizikai eszközökkel vagy egyszerű felszíni kölcsönhatásokkal próbálták körbehatárolni, a kémiai módszer meglehetősen hatékony. A transzferközvetítő anyag felfedezése, amely összeköti a poliszulfideket és stabil redox aktivitást tesz lehetővé, megoldást kínál az egyik fontos problémára. Az elektrolitok és a lítiumnegatív elektródákat érintő fejlesztések egy lépéssel közelebb hozhatják a lítium-kén akkumulátorok gyakorlati alkalmazását.

Linda Nazar szerint a kutatásuk eredménye egy hatalmas lépés a Li-S akkumulátorok gyakorlati megvalósításában. A kutatást a BASF Nemzetközi Tudományos Hálozat az Elektrokémiáért és Akkumulátorokért (BASF International Scientific Network for Electrochemistry and Batteries) támogatta.

Forrás: autopro