Nyt katodedesign forbedrer ydeevnen af ​​næste generations batteri markant

Et team ledet af Cheong Ying Chan professor i teknik og miljø prof. ZHAO Tianshou, Professor i maskin- og rumfartsteknik og direktør for HKUST Energy Institute, har foreslået et nyt katodedesignkoncept for lithium-svovl (Li-S) batteri, der væsentligt forbedrer ydeevnen af ​​denne slags lovende næste generations batteri.

Li-S-batterier betragtes som attraktive alternativer til lithium-ion (Li-ion) batterier, der almindeligvis bruges i smartphones, elektriske køretøjer, og droner. De er kendt for deres høje energitæthed, mens deres vigtigste komponent, svovl, er rigeligt, lys, billig, og miljøvenlig.

Li-S batterier kan potentielt tilbyde en energitæthed på over 500 Wh/kg, væsentligt bedre end Li-ion batterier, der når deres grænse ved 300 Wh/kg. Den højere energitæthed betyder, at den omtrentlige rækkevidde på 400 km for et elektrisk køretøj drevet af Li-ion-batterier kan udvides væsentligt til 600-800 km, hvis det drives af Li-S-batterier.

Mens spændende resultater på Li-S-batterier er blevet opnået af forskere verden over, der er stadig en stor kløft mellem laboratorieforskning og kommercialisering af teknologien i industriel skala. Et nøgleproblem er polysulfid-shuttle-effekten af ​​Li-S-batterier, der forårsager progressiv lækage af aktivt materiale fra katoden og lithium-korrosion, hvilket resulterer i en kort levetid for batteriet. Andre udfordringer omfatter at reducere mængden af ​​elektrolyt i batteriet og samtidig opretholde en stabil batteriydelse.

For at løse disse problemer, Prof. Zhaos team samarbejdede med internationale forskere for at foreslå et katodedesignkoncept, der kunne opnå god Li-S-batteriydelse.

Den højt orienterede makroporøse vært kan ensartet rumme svovlet, mens rigelige aktive steder er indlejret i værten for tæt at absorbere polysulfidet, eliminerer shuttle-effekten og lithiummetalkorrosion. Ved at bringe et designprincip for svovlkatode i Li-S batterier frem, det fælles team øgede batteriernes energitæthed og tog et stort skridt mod industrialiseringen af ​​batterierne.

"Vi er stadig midt i grundforskningen på dette område, " sagde prof. Zhao. "Men, vores nye elektrodedesignkoncept og det tilhørende gennembrud i ydeevne repræsenterer et stort skridt mod den praktiske brug af et næste generations batteri, der er endnu mere kraftfuldt og længerevarende end nutidens lithium-ion-batterier."