Katody na bázi křemíku stabilizují Li-S články. Účinek: více než 2 nabíjecí cykly místo několika desítek

Vědci z Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Jižní Korea) vyvinuli katodu na bázi křemíku, u které se očekává, že vydrží více než 2 nabíjecí cykly v Li-S článcích. Klasické lithium-iontové články využívají čistý křemík v anodách k doplnění a postupné náhradě grafitu. Zde byl použit oxid křemičitý a v katodě oxid křemičitý.

Li-S článek = lithiová anoda, katoda oxidu křemičitého se sírou

Li-S články jsou považovány za zajímavé kvůli jejich vysoké hustotě energie, hmotnosti a nízkým výrobním nákladům. Zatím se však nikomu nepodařilo vytvořit verzi, která by vydržela více než několik desítek nabíjecích cyklů. To vše kvůli polysulfidům lithným (LiPS), které se při vybíjení rozpouštějí v elektrolytu a reagují s anodou, snižují její kapacitu a v důsledku ničí baterii.

Je možné, že jihokorejští vědci našli řešení problému. Místo materiálů na bázi uhlíku (jako je grafit) použili katodu. lamelární struktura mezoporézního oxidu křemičitého (POMS).

Lamelární struktura je pochopitelná, zatímco mezoporéznost označuje akumulaci pórů (dutin) v oxidu křemičitém, které mají cílovou velikost, plošnou hustotu a malou disperzi (zdroj). Je to trochu jako pravidelné propichování sousedních plátů nějakého druhu křemičitanu, aby se vytvořilo síto.

Vědci z DGIST použili tyto díry k uložení síry do nich (obrázek a). Během vybíjení se síra rozpouští a tvoří s lithiem polysulfidy lithia (LiPS). Náboj tedy proudí, ale LiPS zůstává zachycen v blízkosti katody kvůli dodatečnému nedefinovanému uhlíkovému faktoru (černá struktura, obrázek b).

Během nabíjení LiPS uvolňuje lithium, které se vrací na lithiovou anodu. Na druhé straně se síra přeměňuje na oxid křemičitý. Žádný únik LiPS na anodu, žádné kovové poškození.

Takto vytvořená Li-S baterie si zachovává vysokou kapacitu a stabilitu po dobu více než 2 pracovních cyklů. Minimálně 500-700 cyklů provozu je u klasických Li-ion článků považováno za standard, i když nutno dodat, že kvalitně zpracované lithium-iontové články vydrží i několik tisíc cyklů.