Organisk/uorganisk svovl kan være nøglen til sikre genopladelige lithiumbatterier

Vi er kommet langt fra utætte svovlsyre-bilbatterier, men moderne lithium-batterier har stadig nogle ulemper. Nu har et team af Penn State-ingeniører en anden type lithiumsvovlbatteri, der kunne være mere effektivt, billigere og sikrere.

"Vi demonstrerede denne metode i et møntbatteri, " sagde Donghai Wang, lektor i maskinteknik. "Men, Jeg tror, ​​at det med tiden kunne blive stort nok til mobiltelefoner, droner og endnu større til elbiler."

Lithium svovlbatterier burde være en lovende kandidat til den næste generation af genopladelige batterier, men de er ikke uden problemer. For lithium, effektiviteten, hvor afgiftsoverførsler er lav, og, lithiumbatterier har en tendens til at vokse dendritter - tynde forgrenede krystaller - under opladning, som ikke forsvinder, når de aflades.

Forskerne undersøgte en selvdannet, fleksibelt hybridt fast-elektrolyt interfaselag, der aflejres af både organosulfider og organopolysulfider med uorganiske lithiumsalte. Forskerne rapporterer i dagens (11. oktober) udgave af Naturkommunikation at de organiske svovlforbindelser virker som blødgørere i interfaselaget og forbedrer lagets mekaniske fleksibilitet og sejhed. Interfaselaget tillader lithium at afsætte uden at vokse dendritter. Coulombic-effektiviteten er omkring 99 procent over 400 genopladningsafladningscyklusser.

"Vi har brug for en slags barriere på lithium i et lithiummetalbatteri, eller det reagerer med alt, " sagde Wang.

Svovl er et godt valg, fordi det er billigt og giver batteriet høj ladekapacitet, højere energitæthed, så et lithiumsvovlbatteri har mere energi. Imidlertid, et lithiumsvovlbatteri danner en uorganisk belægning i batteriet, der er skørt og ikke kan tåle ændringer i volumen. Den uorganiske svovlgrænseflade kan ikke opretholde høj energi. I et lithium svovlbatteri, elektrolytten tørrer op, og hovedparten af ​​lithium korroderer. De lithiumdendritter, der dannes, kan skabe kortslutninger og andre sikkerhedsrisici.

"Potentielt kan vi fordoble energitætheden af ​​konventionelle DC-batterier ved at bruge lithiumsvovlbatterier med denne hybride organosulfid/organopolysulfid-grænseflade, " sagde Wang.

De kan også skabe en sikrere, mere pålideligt batteri.

For at skabe deres batteri brugte forskerne en ether-baseret elektrolyt med svovlholdige polymeradditiver. Batteriet bruger en svovlinfunderet carbonkatode og en lithiumanode. Det organiske svovl i elektrolytten danner selv interfaselagene.

Forskerne rapporterer, at de "demonstrerer et lithium-svovlbatteri, der udviser en lang cykluslevetid - 1000 cyklusser - og god kapacitetsbevarelse.