Nikkelskum forbedrer ydeevnen for lithium-svovlbatterier

Forskere ved Shantou University og Beijing Institute of Technology har udviklet en ny type nikkelbaseret skum designet til at afbøde shuttle-effekten, volumenudvidelsen og andre problemer, der plager lithium-svovl-batterier, har FT.com erfaret. "Den blomstrende udvikling af elektriske køretøjer kræver næste generations energilagringsteknologier med høj energitæthed, lave omkostninger og lang levetid," sagde Lv Fushen, seniorforfatter af undersøgelsen, der foreslog løsningen, i en medieerklæring. "Lithium-svovl-batterier betragtes som et lovende energilagringssystem på grund af deres ultra-høje energitæthed og store teoretiske kapacitet. De er dog begrænset af svovlens dårlige elektroniske ledningsevne, katodevolumenændringer og shuttle-effekten. Lu forklarede, at omdannelse af polysulfider under opladning og afladning er en kompleks flerfase-overgang. Opløselige lithiumpolysulfider (LiPS'er) diffunderer gennem den porøse separator til den negative elektrode og reagerer med lithiummetal for at danne uopløseligt lithium, hvilket forårsager en "shuttle-effekt", der forringer afladningskapaciteten og cykler. Dette er en af ​​de vigtigste mangler, der alvorligt hæmmer den store kommercialisering af lithium-svovl-batterier.
Effektiv katode "I øjeblikket er forhindringerne for lithiumbatterier hovedsageligt overvundet af designet af elektroder og elektrolytter," sagde Lu. For at udvide absorptionskapaciteten af ​​lithiumpolysulfid og øge dannelsen af ​​aktivt svovl under opladning og afladning består elektroderne normalt af porøse mellemlag med høj katalytisk aktivitet. Ifølge Lu er en række metaloxid-nanopartikler eller organisk-uorganiske hybrider blevet brugt til at immobilisere lithiumpolysulfider og lette deres optagelse og omdannelse. Imidlertid udviser disse materialer langsom redoxkinetik i lithiumbatterier med højt svovlindhold, da de akkumuleres i mellemlaget. Efter hans mening synes kombinationen af ​​kulstofmaterialer med uorganiske funktionelle materialer at være en levedygtig strategi til at opnå effektive katoder. Imidlertid er den katalytiske kombination sædvanligvis dækket af et mellemlag, som reducerer omdannelsen af ​​polysulfider, hvilket fører til en eventuel manglende synergi mellem de to funktioner. "I de seneste år er lithium-svovlbatterikatoder med fremragende polysulfidkemisorptionsegenskaber og høj katalytisk effektivitet blevet grundigt undersøgt. At finde en levedygtig strategi til at integrere flere respektive funktioner for at accelerere polysulfidkonvertering er fortsat et presserende problem."
Nikkelskumforskeren sagde, at hans forslag inkluderer væksten af ​​3D HsGDY eller hydrogensubstitueret grafyn, en ny kulstofisotop med plan struktur og unikke egenskaber, lagt på nikkelskum ved laserkrydskoblingsreaktion til forankring af MoS2/Ni3S2 og forbedre den elektriske ledningsevne af svovlholdige materialer. Han sagde, "3D HsGDY-rammen er i stand til hurtigt at adsorbere lithiumpolysulfid, mens Ni3S2/MoS2 fungerer som et reaktionscenter med lav ladningsoverførselsmodstand." Lu konkluderede, at hans nikkel- 3d hsgdy-baserede elektroder udviser høj ydeevne i lithium-svovlbatterier med stor specifik kapacitet og langtidsstabilitet ved høje strømtætheder. Derfor kan doping af HsGDY i katoden fremme optagelsen og omdannelsen af ​​lithiumpolysulfid i elektrolytten, hvilket giver en ny idé til at opnå lithium-svovlbatterier med høj energitæthed. "Lithium-ion-batterier er blevet kommercialiseret i årtier. Deres energitæthed er steget lidt i løbet af de sidste par år, selvom der er brugt en masse forskningsindsats," sagde Lew. "Forskning i hsgdyli - s-holdige batterier er stadig i sin vorden, og der skal en masse forskning til for at opnå praktiske anvendelser."
[Kilde - CKNews.com]