O grupo de pesquisa do professor Jong-Sung Yu no Departamento de Ciência e Engenharia de Energia do DGIST desenvolveu uma tecnologia para uma camada intermediária de sílica porosa carregando enxofre, um material ativo, em sílica. Espera-se que essa nova abordagem seja fundamental para a P&D e comercialização de baterias de lítio-enxofre de próxima geração, nas quais a densidade e a estabilidade de energia são essenciais.
Com o recente aumento na demanda por dispositivos de armazenamento de energia de grande capacidade, pesquisas sobre baterias secundárias de alta energia, baixo custo e próxima geração que podem substituir as baterias de íons de lítio têm sido ativamente conduzidas. As baterias de lítio-enxofre, que usam enxofre como material catódico, têm uma densidade de energia várias vezes maior do que as baterias convencionais de íons de lítio, que usam elementos de terras raras caros como material catódico. Portanto, espera-se que a bateria à base de enxofre seja mais adequada para dispositivos de alta energia, como veículos elétricos e drones. Além disso, a pesquisa sobre baterias de lítio-enxofre é generalizada porque o enxofre é barato, abundante e não tóxico.

Por outro lado, o enxofre, elemento ativo que produz energia elétrica, possui baixa condutividade, e o polissulfeto gerado durante a carga e descarga da bateria se difunde em direção ao eletrodo negativo da bateria, resultando na perda de enxofre através de sua reação com o lítio. Assim, a capacidade e a vida útil da bateria se deterioram significativamente. Este problema foi melhorado com a inserção de uma nova camada entre o eletrodo de enxofre e o separador (meio) que pode absorver polissulfeto e bloquear a difusão.

O carbono condutor, que atualmente é usado como tecnologia de camada intermediária para melhorar a capacidade e a vida útil das baterias de lítio-enxofre, confere condutividade ao eletrodo de enxofre. No entanto, a difusão do enxofre não pode ser evitada porque sua afinidade com o polissulfeto de lítio polar é baixa. Por outro lado, se um óxido polar for usado como material de camada intermediária, a perda de enxofre é suprimida devido à sua forte interação com o polissulfeto de lítio. No entanto, a utilização de enxofre é menor devido à sua baixa condutividade. Além disso, os vários materiais intercamadas estudados anteriormente não são ideais porque não podem atingir a densidade de energia e a vida útil necessária para comercialização devido à sua espessura e baixa atividade redox.

Para resolver essas desvantagens, a equipe de pesquisa primeiro implementou uma nova camada intermediária de sílica porosa/enxofre redox ativa, adicionando enxofre na sílica após sintetizar a sílica porosa em forma de placa. Eles previram que a capacidade e a eficiência da vida útil das baterias de lítio-enxofre seriam maximizadas devido ao aumento induzido pelo enxofre na capacidade por área de célula, porque enxofre adicional foi carregado na camada intermediária, que também poderia atuar como um polissulfeto de lítio eficaz. local de adsorção.

Para investigar essa teoria, a camada intermediária de sílica/enxofre foi aplicada a uma bateria de lítio-enxofre, que foi então carregada e descarregada 700 vezes. Como resultado, a camada intermediária porosa de sílica/enxofre alcançou uma estabilidade de longo prazo muito maior do que a camada intermediária convencional de carbono/enxofre poroso após 700 ciclos de carga/descarga. Em particular, a bateria exibiu alta capacidade e propriedades duráveis ​​e duradouras, mesmo com alto teor de enxofre de 10 mg/cm ² e uma baixa concentração de eletrólito:enxofre (E/S) de 4. Portanto, está quase pronto para aplicação prática.

O professor Jong-Sung Yu afirmou:"Nosso estudo é o primeiro a descobrir que o enxofre pode ser carregado nos poros de um material de sílica porosa para servir como material de camada intermediária para baterias de lítio-enxofre, melhorando sua capacidade e vida útil". Ele acrescentou:"Este resultado é um novo marco no desenvolvimento de baterias de lítio-enxofre de alta energia e longa vida de próxima geração".

Este estudo foi realizado em colaboração com a equipe do Dr. Amine Khalil no Laboratório Nacional de Argonne (ANL). Dr. Byung-Jun Lee, que recebeu seu Ph.D. sob a orientação do Professor Jong-Sung Yu do Departamento de Energia e Ciência e Engenharia da DGIST, foi o primeiro autor. Este estudo foi publicado on-line em 8 de agosto na Nature Communications . + Explorar mais

A bateria de lítio-enxofre de próxima geração resolve o problema de perda de enxofre