Ny katalysator kunne muliggøre bedre lithium-svovl-batterier, power næste generations elektronik

I hjertet af det meste af elektronik i dag er genopladelige lithium-ion-batterier (LIB'er). Men deres energilagringskapacitet er ikke nok til storskala energilagringssystemer (ESS). Lithium-svovl-batterier (LSB'er) kunne være nyttige i et sådant scenarie på grund af deres højere teoretiske energilagringskapacitet. De kunne endda erstatte LIB'er i andre applikationer som droner, på grund af deres lette vægt og lavere omkostninger.

Men den samme mekanisme, der giver dem al denne magt, forhindrer dem i at blive en udbredt praktisk realitet. I modsætning til LIB'er, reaktionsvejen i LSB'er fører til en ophobning af fast lithiumsulfid (Li ₂ S ₆ ) og flydende lithiumpolysulfid (LiPS), forårsager tab af aktivt materiale fra svovlkatoden (positivt ladet elektrode) og korrosion af lithiumanoden (negativt ladet elektrode). For at forbedre batterilevetiden, forskere har ledt efter katalysatorer, der kan gøre denne nedbrydning effektivt reversibel under brug.

I en ny undersøgelse offentliggjort i ChemSusChem , forskere fra Gwangju Institute of Technology (GIST), Korea, rapportere deres gennembrud i denne bestræbelse. "Mens jeg leder efter en ny elektrokatalysator til LSB'erne, vi huskede en tidligere undersøgelse, vi havde udført med koboltoxalat (CoC ₂ O ₄ ), hvor vi havde fundet ud af, at negativt ladede ioner nemt kan adsorbere på dette materiales overflade under elektrolyse. Dette motiverede os til at antage, at CoC ₂ O ₄ ville også udvise en lignende adfærd med svovl i LSB'er, " forklarer prof. Jaeyoung Lee fra GIST, der ledede undersøgelsen.

For at teste deres hypotese, forskerne konstruerede en LSB ved at tilføje et lag CoC ₂ O ₄ på svovlkatoden.

Helt sikkert, observationer og analyser afslørede, at CoC ₂ O ₄ 's evne til at adsorbere svovl tillod reduktion og dissociation af Li ₂ S ₆ og LiPS. Yderligere, det undertrykte diffusionen af ​​LiPS ind i elektrolytten ved at adsorbere LiPS på dens overflade, forhindrer det i at nå lithiumanoden og udløser en selvafladningsreaktion. Disse handlinger forbedrede tilsammen svovludnyttelsen og reducerede anodenedbrydning, derved forlænge levetiden, ydeevne, og batteriets energilagringskapacitet.

Anklaget for disse fund, Prof. Lee forestiller sig en elektronisk fremtid styret af LSB'er, som LIB'er ikke kan realisere. "LSB'er kan muliggøre effektiv elektrisk transport, såsom i ubemandede fly, elektriske busser, lastbiler og lokomotiver, ud over storskala energilagringsenheder, " konstaterer han. "Vi håber, at vores resultater kan få LSB'er et skridt tættere på kommercialisering til disse formål."

Måske, det er kun et spørgsmål om tid, før lithium-svovl-batterier driver verden.