Новият дизайн на катода значително подобрява работата на батерията от следващо поколение

ТЕМИ:
Батерийни технологии, енергия, нанотехнологии
От УНИВЕРСИТЕТ НА НАУКАТА И ТЕХНОЛОГИИТЕ в Хонконг 26 декември 2020 г.

Решение „всичко в едно“ за стратегията за проектиране на макропорест хост с сайтове за свързване с двоен край. Кредит: HKUST

Екип, ръководен от професор по инженерство и околна среда Cheong Ying Chan, проф. ZHAO Tianshou, професор по механично и аерокосмическо инженерство и директор на HKUST Energy Institute, предложи нова концепция за дизайн на катод за литиево -сярна (Li -S) батерия което значително подобрява работата на този вид обещаваща батерия от следващо поколение.

Li-S батериите се считат за привлекателни алтернативи на литиево-йонните (Li-ion) батерии, които обикновено се използват в смартфони, електрически превозни средства и дронове. Те са известни със своята висока енергийна плътност, докато основният им компонент, сярата, е в изобилие, лек, евтин и екологично чист.

Li-S батериите потенциално могат да предложат енергийна плътност над 500 Wh/kg, значително по-добра от литиево-йонните батерии, които достигат границата си от 300 Wh/kg. По-високата енергийна плътност означава, че приблизителният обхват на движение от 400 км на електрическо превозно средство, задвижвано от литиево-йонни батерии, може да бъде значително разширен до 600-800 км, ако се захранва от батерии Li.

Докато вълнуващи резултати за батериите на Li са постигнати от изследователи по целия свят, все още има голяма разлика между лабораторните изследвания и комерсиализацията на технологията в промишлен мащаб. Един ключов проблем е полисулфидният ефект на Li-S батериите, който причинява прогресивно изтичане на активен материал от катода и корозия на лития, което води до кратък жизнен цикъл на батерията. Други предизвикателства включват намаляване на количеството електролит в батерията, като същевременно се поддържа стабилна работа на батерията.

За да се справят с тези проблеми, екипът на проф. Джао си сътрудничи с международни изследователи, за да предложи концепция за дизайн на катод, която би могла да постигне добра производителност на батерията на Li.

Високо ориентираният макропорест гостоприемник може равномерно да побере сярата, докато изобилни активни места са вградени вътре в гостоприемника, за да абсорбират плътно полисулфида, премахвайки ефекта на совалката и корозията на литиевия метал. Чрез въвеждането на принципа на проектиране на сярен катод в батериите на Li, съвместният екип увеличи енергийната плътност на батериите и направи голяма крачка към индустриализацията на батериите.

„Все още сме в средата на фундаменталните изследвания в тази област“, ​​каза проф. Джао. „Въпреки това, нашата нова концепция за дизайн на електрода и свързаният с това пробив в производителността представляват голяма стъпка към практическото използване на батерия от следващо поколение, която е още по-мощна и по-дълготрайна от днешните литиево-йонни батерии.“ €

Тяхната изследователска работа беше публикувана наскоро в Nature Nanotechnology.

Справка: „Литиева торбичка с висока енергия и дълго циклично движение“ чрез макропорест каталитичен катод с места за свързване с двоен край ”от Чън Джао, Гуй-Лянг Сю, Чжоу Ю, Лейченг Джан, Инхуй Хуанг, Yu-Xue Mo, Yuxun Ren, Lei Cheng, Cheng-Jun Sun, Yang Ren, Xiaobing Zuo, Jun-Tao Li, Shi-Gang Sun, Khalil Amine и Tianshou Zhao, 3 декември 2020 г., Nature Nanotechnology.
DOI: 10.1038/s41565-020-00829-5

Членовете на екипа от HKUST включват проф. Джао и настоящите му докторанти ZHAO Chen, ZHANG Leicheng и бившият докторант REN Yuxun (завършил 2019 г.). Други сътрудници включват изследователи от Националната лаборатория Аргон и Станфордския университет в САЩ, Университета Ксиамен в континентален Китай и Университета на Имам Абдулрахман бин Фейсал в Саудитска Арабия.