Svovl giver et lovende næste generations batterialternativ

Med den stigende efterspørgsel efter økonomisk overkommelig og bæredygtig energi, den løbende udvikling af batterier med høj energitæthed er afgørende. Lithium-svovl-batterier har tiltrukket sig opmærksomhed fra både akademiske forskere og branchefolk på grund af deres høje energitæthed, lavpris, overflod, ikke-toksicitet og bæredygtighed. Imidlertid, Li-svovl-batterier har en tendens til at have dårlig cykluslevetid og lav energitæthed på grund af den lave ledningsevne af svovl og opløsning af lithiumpolysulfid-mellemprodukter i elektrolytterne, som dannes, når rent svovl reagerer med Li-ioner og elektroner.

For at omgå disse udfordringer, et multi-institutionelt forskerhold ledet af Chunsheng Wang ved University of Maryland har udviklet en ny kemi for en svovlkatode, som giver øget stabilitet og højere energi af Li-svovl-batterier. Chao Luo - en assisterende professor i kemi og biokemi ved George Mason University - tjente som første forfatter på undersøgelsen, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) den 15. juni.

Talrige ledende materialer såsom grafen, kulstof nanorør, porøst kulstof og ekspanderet grafit blev brugt til at forhindre opløsning af polysulfider og øge den elektriske ledningsevne af svovlkatoder - udfordringen her er at indkapsle svovlen i nanoskala i en ledende kulstofmatrix med et højt svovlindhold for at undgå dannelsen af ​​polysulfider.

"Vi brugte den kemiske binding mellem svovl og oxygen/kulstof til at stabilisere svovlen, " sagde Luo. "Dette inkluderede en højtemperaturbehandling for at fordampe det 'urørte' svovl og carbonisere den iltrige organiske forbindelse i et vakuumglasrør for at danne en tæt iltstabiliseret svovl/carbon-komposit med et højt svovlindhold."

Ud over, scanningselektronmikroskop (SEM) og transmissionselektronmikroskopi (TEM) instrumenter, Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og parfordelingsfunktion blev brugt til at illustrere elektrodernes reaktionsmekanisme.

"I de tætte S/C kompositmaterialer, det stabiliserede svovl er ensartet fordelt i kulstof på molekylært niveau med et svovlindhold på 60 %, " sagde Wang. "Danningen af ​​fast elektrolyt-interfase under aktiveringscyklusserne forsegler fuldstændigt svovlen i en kulstofmatrix, tilbyder overlegen elektrokemisk ydeevne under magre elektrolytforhold."

Li-svovl-batterier har applikationer i husholdnings- og håndholdt elektronik, elektriske køretøjer, store energilagringsenheder og mere.