Катоде на бази силицијума стабилизују Ли-С ћелије. Ефекат: више од 2 циклуса пуњења уместо неколико десетина

Научници са Института за науку и технологију Даегу (ДГИСТ, Јужна Кореја) развили су катоду на бази силицијума за коју се очекује да издржи више од 2 циклуса пуњења у Ли-С ћелијама. Класичне литијум-јонске ћелије користе чисти силицијум у анодама да допуне и постепено замене графит. Овде је коришћен силицијум оксид, а у катоди силицијум диоксид.

Ли-С ћелија = литијум анода, силицијум диоксид катода са сумпором

Ли-С ћелије се сматрају интересантним због њихове велике густине енергије, тежине и ниске цене производње. Међутим, још нико није успео да створи верзију која би издржала више од неколико десетина циклуса пуњења. Све због литијум полисулфида (ЛиПС), који се током пражњења растварају у електролиту и реагују са анодом, смањујући њен капацитет и као резултат тога уништавајући батерију.

Могуће је да су јужнокорејски истраживачи пронашли решење за проблем. Уместо материјала на бази угљеника (као што је графит), користили су катоду. ламеларна структура мезопорозног силицијум диоксида (ПОМС).

Ламеларна структура је разумљива, док се мезопорозност односи на акумулацију пора (шупљина) у силицијум диоксиду које имају циљну величину, површинску густину и малу дисперзију (извор). Ово је помало као да редовно пробијате суседне плоче неке врсте силиката да бисте направили сито.

Научници ДГИСТ-а су користили ове рупе да у њима депонују сумпор (слика а). Током пражњења, сумпор се раствара и са литијумом формира литијум полисулфиде (ЛиПС). Дакле, наелектрисање тече, али ЛиПС остаје заробљен близу катоде због додатног недефинисаног фактора угљеника (црна структура, слика б).

Током пуњења, ЛиПС ослобађа литијум, који се враћа на литијумску аноду. С друге стране, сумпор се претвара у силицијум диоксид. Нема цурења ЛиПС-а на аноду, нема оштећења метала.

Овако створена Ли-С батерија задржава висок капацитет и стабилност више од 2 радна циклуса. Најмање 500-700 циклуса рада сматра се стандардним за класичне Ли-јонске ћелије, мада треба додати да добро обрађене литијум-јонске ћелије могу да издрже неколико хиљада циклуса.