Энергоемкие электродные материалы улучшат литий-серные батареи
Для повышение производительности литий-серных батарей ученые изготовили многослойный электрод, использовав новый материал, захватывающий полисульфиды и увеличивающий кинетику реакции.
Серные аккумуляторы могут потеснить литий-ионные аналоги из-за потребности увеличить мощность батарей. Но система имеет недостатки, препятствующие распространению технологии. К ним относится низкая электропроводность серы, быстрое падение мощности, вызываемое выделением полисульфидов из катода. Основной проблемой является возвратно-поступательный эффект, сообщает sciencedaily.com. В процессе эксплуатации происходит диффузия полисульфидов. Явление вдет к потреблению большого количества свежего лития и электролитов, ухудшению производительности.
Для решения проблемы исследователи из Американского института физики создали многослойный электрод, включающий новый материал, который захватывает полисульфиды и повышает реакционную кинетику. Структура описана в журнале APL Materials.
Команда применила ZIF-67, металлорганическую конструкцию, состоящую из металлических ионов (кластеров) и органических лиганд. Материалы имеют потенциал в захвате и разделении газов, катализе, хранении энергии. В новом электроде серная сердцевина заключена между слоями PZ67. Структура повышает практическую плотность энергии батареи в 3-5 раз, по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. PZ67 состоит из полярных материалов. Пористый углерод, демонстрирующий синергестический эффект в химическом взаимодействии, служит физическим барьером. Материал обеспечивает высокую проводимость, препятствует перемещению полисульфидов и улучшает производительность батарей.
«Пористый PZ67 не только поглощает частицы, изолируя их, но и улучшает кинетику реакций активных материалов в процессе работы системы, — сказал автор Сиву Ли. – То есть, он может повысить напряжение разрядки – серьезное достижение на пути к большей энергетической плотности».
Электрод с сэндвич-структурой будет полезен любому человеку, пытающемуся сдержать растворимые материалы, считает специалист. Команда Ли планирует продолжить работу, чтобы масштабировать процесс производства гибридного устройства, используя горячее прессование. Авторы также намерены решить проблемы нестабильности анода, добавив защитный слой.
