Katod berasaskan silikon menstabilkan sel Li-S. Kesan: lebih daripada 2 kitaran pengecasan dan bukannya beberapa dozen

Para saintis dari Institut Sains dan Teknologi Daegu (DGIST, Korea Selatan) telah membangunkan katod berasaskan silikon yang dijangka dapat menahan lebih daripada 2 kitaran cas dalam sel Li-S. Sel lithium-ion klasik menggunakan silikon tulen dalam anod untuk melengkapkan dan menggantikan grafit secara beransur-ansur. Silikon oksida digunakan di sini, dan silikon dioksida digunakan dalam katod.

Sel Li-S = anod litium, katod silikon dioksida dengan sulfur

Sel Li-S dianggap menarik kerana ketumpatan tenaga yang tinggi, berat dan kos pembuatan yang rendah. Walau bagaimanapun, tiada siapa yang berjaya mencipta versi yang akan menahan lebih daripada beberapa dozen kitaran pengecasan. Semuanya disebabkan oleh litium polysulfides (LiPS), yang larut dalam elektrolit semasa nyahcas dan bertindak balas dengan anod, mengurangkan kapasitinya dan, akibatnya, memusnahkan bateri.

Ada kemungkinan penyelidik Korea Selatan telah menemui penyelesaian kepada masalah tersebut. Daripada bahan berasaskan karbon (seperti grafit), mereka menggunakan katod. struktur lamelar silika mesoporus (POMS).

Struktur lamelar boleh difahami, manakala mesoporositi merujuk kepada pengumpulan liang (rongga) dalam silika yang mempunyai saiz sasaran, ketumpatan kawasan dan penyebaran saiz kecil (sumber). Ini sedikit seperti mencucuk plat bersebelahan sejenis silikat secara berkala untuk membuat ayak.

Para saintis DGIST menggunakan lubang ini untuk memendapkan sulfur di dalamnya (Rajah a). Semasa pelepasan, sulfur melarut dan membentuk litium polysulfides (LiPS) dengan litium. Oleh itu, cas mengalir, tetapi LiPS kekal terperangkap berhampiran katod kerana faktor karbon tambahan yang tidak ditentukan (struktur hitam, angka b).

Semasa pengecasan, LiPS melepaskan litium, yang dikembalikan ke anod litium. Sebaliknya, sulfur ditukar kepada silika. Tiada kebocoran LiPS ke anod, tiada kerosakan logam.

Bateri Li-S yang dicipta dengan cara ini mengekalkan kapasiti dan kestabilan yang tinggi untuk lebih daripada 2 kitaran kerja. Sekurang-kurangnya 500-700 kitaran operasi dianggap standard untuk sel Li-ion klasik, walaupun perlu ditambah bahawa sel litium-ion yang diproses dengan baik boleh menahan beberapa ribu kitaran.