. Среди наиболее перспективных замен нынешней коммерческой литий-ионной химии — литиевая сера (Li-S). Уже в ограниченном производстве потенциал производительности для использования серого катода был доказан в 2008 году, когда химия батареи использовалась в беспилотном летательном аппарате на солнечной энергии, который устанавливал записи высоты и долговечности. Литиевые серные ячейки обеспечивают более высокую плотность энергии и более низкую стоимость, чем текущие химикаты катодного оксида. Проблема в том, что батареи Li-S не могут сохранить свое превосходство за пределами нескольких циклов перезарядки. Но решение этой проблемы, возможно, было найдено с новыми исследованиями в Инженерном колледже Дрекселя
| Ограничения батареи Li-S являются результатом миграции серы от электрода в виде промежуточных продуктов, называемых полисульфидами. Значительные исследования во всем мире были предприняты для контроля за образованием и распределением этих полисульфидов, которые являются основной причиной того, что Li-S-клетки исчезают после нескольких циклов перезарядки. До сих пор наиболее перспективными оказались покрытия и пассивационные слои, которые уменьшают образование полисульфида. Решение Drexel, описанное в пресс-релизе университета, заключается в создании структуры внутри серого катода, который захватывает полисульфиды и удерживает их на месте. «Мы создали отдельно стоящий пористый титановый нановолокно моноксида титана в качестве катодного материала-хозяина в литиево-серных батареях», — говорит Вибха Калра, доктор философии, адъюнкт-профессор инженерного колледжа. «Это значительное развитие, потому что мы обнаружили, что наш монооксид серы и серы из титана является высокопроводящим и способным связывать полисульфиды с помощью сильных химических взаимодействий, а это означает, что он может увеличить удельную мощность батареи, сохраняя при этом впечатляющую производительность за сотни циклов, — добавил он в выпуске Drexel. Не только пористый нановолоконный мат удерживается на полисульфидах; это также помогает уменьшить вес батареи. «Мы также можем продемонстрировать полное устранение связующих и токосъемника на катодной стороне, на которые приходится 30-50 процентов веса электрода, и наш метод занимает всего несколько секунд, чтобы создать серный катод, когда текущий стандарт может занять почти половину день ", сказал Калра. ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
Nano Bird's Nest Согласно релизу, «нановолоконный мат, который на микроскопическом уровне напоминает птичье гнездо, является отличной платформой для серного катода, потому что он привлекает и захватывает полисульфиды, возникающие при использовании батареи. Сохранение полисульфидов в катодной структуре предотвращает «челночное движение», явление ухудшения характеристик, которое возникает, когда они растворяются в растворе электролита, который отделяет катод от анода в батарее. Этот катодный дизайн может не только помочь батарее Li-S поддерживать свою плотность энергии, но и делать это без дополнительных материалов, которые увеличивают вес и стоимость производства ». Изучен механизм захвата полисульфидов. «Это исследование показывает, что наличие сильного взаимодействия кислоты и кислоты Льюиса между монооксидом титана и серой в катоде препятствует проникновению полисульфидов в электролит, что является основной причиной снижения производительности батареи», — сказал Арвиндер Сингх, Доктор философии, докторант-исследователь в лаборатории Калры. Уменьшает угасание «Наши электроды Li-S обеспечивают правильную архитектуру и химию, чтобы свести к минимуму способность исчезать при циклировании батареи, что является ключевым препятствием для коммерциализации Li-S батарей», — сказал Калра. «Наши исследования показывают, что эти электроды обладают устойчивой эффективной емкостью, которая в четыре раза выше, чем текущие литий-ионные батареи. И наш роман, недорогой метод для сульфирования катода за считанные секунды, устраняет существенные препятствия для производства », — добавил он. Если батареи Li-S могут быть дополнительно разработаны в этом направлении, они могут выйти из своей нынешней роли в специализированных аэрокосмических и авиационных применениях. Они могут стать основным способом превзойти работу современных коммерческих литиево-ионных батарей, чтобы улучшить диапазон, производительность и стоимость будущих электромобилей. Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых наземных скоростных рекордов на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.
|
Загрузка...