Nickelschaum verbessert die Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien

Forscher der Shantou-Universität und des Beijing Institute of Technology haben eine neue Art von Schaum auf Nickelbasis entwickelt, der den Shuttle-Effekt, die Volumenausdehnung und andere Probleme abmildern soll, die Lithium-Schwefel-Batterien plagen, wie FT.com erfahren hat. „Die boomende Entwicklung von Elektrofahrzeugen erfordert Energiespeichertechnologien der nächsten Generation mit hoher Energiedichte, niedrigen Kosten und langer Lebensdauer“, sagte Lv Fushen, leitender Autor der Studie, die die Lösung vorschlug, in einer Medienerklärung. „Lithium-Schwefel-Batterien gelten aufgrund ihrer ultrahohen Energiedichte und großen theoretischen Kapazität als vielversprechendes Energiespeichersystem. Sie sind jedoch durch die schlechte elektronische Leitfähigkeit von Schwefel, Änderungen des Kathodenvolumens und den Shuttle-Effekt begrenzt. Lu erklärte, dass die Die Umwandlung von Polysulfiden während des Ladens und Entladens ist ein komplexer Mehrphasenübergang. Lösliche Lithiumpolysulfide (LiPS) diffundieren durch den porösen Separator zur negativen Elektrode und reagieren mit Lithiummetall unter Bildung von unlöslichem Lithium, was einen „Shuttle-Effekt“ verursacht, der die Entladekapazität und -zyklen verschlechtert Leistung. Dies ist einer der Hauptmängel, die die groß angelegte Kommerzialisierung von Lithium-Schwefel-Batterien ernsthaft behindern.
Effektive Kathode „Derzeit werden die Hindernisse von Lithiumbatterien hauptsächlich durch das Design von Elektroden und Elektrolyten überwunden“, sagte Lu. Um die Aufnahmekapazität von Lithiumpolysulfid zu erweitern und die Bildung von Aktivschwefel beim Laden und Entladen zu fördern, bestehen die Elektroden üblicherweise aus porösen Zwischenschichten mit hoher katalytischer Aktivität. Laut Lu wurden eine Reihe von Metalloxid-Nanopartikeln oder organisch-anorganischen Hybriden verwendet, um Lithiumpolysulfide zu immobilisieren und ihre Aufnahme und Umwandlung zu erleichtern. Allerdings weisen diese Materialien in Lithiumbatterien mit hohem Schwefelgehalt eine langsame Redoxkinetik auf, da sie sich in der Zwischenschicht ansammeln. Seiner Meinung nach scheint die Kombination von Kohlenstoffmaterialien mit anorganischen Funktionsmaterialien eine praktikable Strategie zu sein, um effiziente Kathoden zu erhalten. Die katalytische Kombination ist jedoch normalerweise von einer Zwischenschicht bedeckt, die die Umwandlung von Polysulfiden verringert, was letztendlich dazu führt, dass die Synergie zwischen den beiden Funktionen nicht erreicht wird. „In den letzten Jahren wurden Lithium-Schwefel-Batteriekathoden mit hervorragenden Polysulfid-Chemisorptionseigenschaften und hoher katalytischer Effizienz intensiv untersucht. Die Suche nach einer praktikablen Strategie zur Integration mehrerer entsprechender Funktionen zur Beschleunigung der Polysulfidumwandlung bleibt ein dringendes Problem.“
Der Nickelschaumforscher sagte, sein Vorschlag beinhalte das Wachstum von 3D-HsGDY oder wasserstoffsubstituiertem Graphin, einem neuartigen Kohlenstoffisotop mit planarer Struktur und einzigartigen Eigenschaften, das durch Laserkreuzkopplungsreaktion auf Nickelschaum geschichtet wird, um MoS2/Ni3S2 zu verankern und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern von schwefelhaltigen Materialien. Er sagte: „Das 3D-HsGDY-Gerüst ist in der Lage, Lithiumpolysulfid schnell zu adsorbieren, während Ni3S2/MoS2 als Reaktionszentrum mit geringem Ladungsübertragungswiderstand fungiert.“ Lu kam zu dem Schluss, dass seine Elektroden auf Nickel-d-HSGDY-Basis eine hohe Leistung in Lithium-Schwefel-Batterien mit großer spezifischer Kapazität und Langzeitstabilität bei hohen Stromdichten aufweisen. Daher kann die Dotierung der Kathode mit HsGDY die Aufnahme und Umwandlung von Lithiumpolysulfid im Elektrolyten fördern, was eine neue Idee für die Herstellung von Lithium-Schwefel-Batterien mit hoher Energiedichte darstellt. „Lithium-Ionen-Batterien werden seit Jahrzehnten kommerzialisiert. Ihre Energiedichte ist in den letzten Jahren leicht gestiegen, obwohl viel Forschungsaufwand betrieben wurde“, sagte Lew. „Die Forschung zu hsgdyli-s-haltigen Batterien steckt noch in den Kinderschuhen und es ist noch viel Forschung nötig, um praktische Anwendungen zu erreichen.“
[Quelle – CKNews.com]