Gennembrud øger ydelsen af ​​natrium-svovlbatterier

Forskere fra University of Wollongong har fremstillet et nanomateriale, der fungerer som en overlegen katode til natrium-svovlbatterier ved stuetemperatur, gør dem til en mere attraktiv mulighed for stor energilagring.

Deres forskningsresultater er offentliggjort i Naturkommunikation , hvor de blev vist på redaktørens højdepunkter -webside.

Natrium-svovlbatterier ved stuetemperatur er et attraktivt forslag til næste generations energilagring, som vil være påkrævet for at imødekomme stigende krav. Et overlegen natrium-svovlbatteri ved stuetemperatur med høj energitæthed og lang cyklelevetid ville give en billig og konkurrencedygtig teknologi til storstilet stationær opbevaring, dermed fremme skiftet mod vedvarende energi.

Imidlertid, natrium-svovlbatterier ved stuetemperatur lider i øjeblikket af hurtig kapacitetssvagning og lav reversibel kapacitet.

Forskerne overvandt dette problem ved at oprette et nanomateriale-nikkelsulfid-nanokrystaller implanteret i nitrogendopede porøse carbon-nanorør-som udviste fremragende ydeevne, når de blev brugt som katoder.

Chefforskere Dr. Yunxiao Wang og lektor Shulei Chou, fra UOW's Institute for Superconducting and Electronic Materials, sagde, at deres forskningsgruppe havde arbejdet med natrium-svovlbatterier ved stuetemperatur siden 2016.

"For nu, de faktiske energitætheder af natrium-svovlbatterier er langt fra de teoretiske værdier, "Sagde Dr. Wang.

"Deres praktiske anvendelser hindres hovedsageligt af den problematiske svovlkatode på grund af dens isolerende karakter og den langsomme redox -kinetik, såvel som opløsning og migration af reaktionsmellemprodukterne. "

Forskergruppen eksperimenterede med en række forskellige materialer før deres gennembrud. Det nye nanomateriale leverer ikke kun overlegen ydeevne, men er også velegnet til storstilet produktion og derfor kommercialisering.

Ph.d. kandidat hr. Zichao Yan dedikerede sig til at gennemføre de indviklede eksperimenter, der var nødvendige for dette arbejde.

"Vi prøvede mange kulværter, og endelig fundet nikkelsulfid-nanokrystaller implanteret nitrogendopede porøse carbon-nanorør som en multifunktionel svovlvært, "Sagde hr. Yan.

"Vi fandt ud af, at den kontinuerlige kulstofskelet inde i værten kan give korte iondiffusionsveje og en hurtig overførselshastighed. Og nitrogendopingsstederne og nikkelsulfidpolaroverfladen er i stand til at forbedre adsorptionsenergien af ​​polysulfider, hvilket fører til stærk katalytisk aktivitet mod polysulfidoxidation.

"Dette indikerer, at natrium-svovlbatterier med denne svovlvært potentielt kan tilbyde en længere levetid og høj ydelse ved hurtig opladning og afladning."

Det næste trin, Professor Chou sagde, skulle opskalere produktionen af ​​materialet.

"Alle vores tidligere papirer, inklusive denne, var fokuseret på, hvordan man finder en effektiv vært til forskning i laboratorieskala. Det næste trin for vores gruppe er at bringe natrium-svovlbatterier fra lab-skala til industri-skala, og lav en rigtig applikation til dette batterisystem. "