Nieuw kathodeontwerp verbetert de prestaties van de volgende generatie batterij aanzienlijk

Een team onder leiding van Cheong Ying Chan Professor of Engineering and Environment Prof. ZHAO Tianshou, Chair Professor of Mechanical and Aerospace Engineering en directeur van HKUST Energy Institute, heeft een nieuw kathode-ontwerpconcept verbetert de prestaties van dit soort veelbelovende batterij van de volgende generatie.

Li-S-batterijen worden beschouwd als aantrekkelijke alternatieven voor lithium-ionbatterijen (Li-ion) die veel worden gebruikt in smartphones, elektrische voertuigen en drones. Ze staan ​​bekend om hun hoge energiedichtheid, terwijl hun hoofdbestanddeel, zwavel, overvloedig, licht, goedkoop en milieuvriendelijk is.

Li-S-batterijen kunnen mogelijk een energiedichtheid van meer dan 500 Wh / kg bieden, aanzienlijk beter dan Li-ion-batterijen die hun limiet bereiken bij 300 Wh / kg. De hogere energiedichtheid betekent dat het geschatte rijbereik van 400 km van een elektrisch voertuig aangedreven door Li-ion-batterijen aanzienlijk kan worden uitgebreid tot 600-800 km indien aangedreven door Li-S-batterijen.

Hoewel onderzoekers wereldwijd opwindende resultaten hebben behaald met Li-S-batterijen, is er nog steeds een grote kloof tussen laboratoriumonderzoek en commercialisering van de technologie op industriële schaal. Een belangrijk probleem is het polysulfide-shuttle-effect van Li-S-batterijen dat geleidelijke lekkage van actief materiaal uit de kathode en lithiumcorrosie veroorzaakt, wat resulteert in een korte levensduur van de batterij. Andere uitdagingen zijn onder meer het verminderen van de hoeveelheid elektrolyt in de batterij terwijl de prestaties van de batterij stabiel blijven.

Om deze problemen aan te pakken, werkte het team van prof. Zhao samen met internationale onderzoekers om een ​​kathodeontwerpconcept voor te stellen dat goede Li-S-batterijprestaties zou kunnen opleveren.

De sterk georiënteerde macroporeuze gastheer kan de zwavel uniform opnemen, terwijl overvloedige actieve plaatsen in de gastheer zijn ingebed om het polysulfide stevig te absorberen, waardoor het shuttle-effect en lithiummetaalcorrosie worden geëlimineerd. Door een ontwerpprincipe voor zwavelkathode in Li-S-batterijen naar voren te brengen, verhoogde het gezamenlijke team de energiedichtheid van de batterijen en zette het een grote stap in de richting van de industrialisatie van de batterijen.

“We zitten nog midden in fundamenteel onderzoek op dit gebied”, zei prof. Zhao. “Ons nieuwe ontwerpconcept voor elektroden en de bijbehorende doorbraak in prestaties vertegenwoordigen echter een grote stap in de richting van het praktische gebruik van een volgende generatie batterij die nog krachtiger en duurzamer is dan de huidige lithium-ionbatterijen.”