Cercetările ar putea duce la noi baterii viabile comercial
TL;DR: Progresele recente în tehnologia bateriilor cu litiu-sulf au fost raportate de două echipe de cercetare independente, fiecare abordând provocări cheie în comercializarea acestor dispozitive de stocare a energiei. O echipă s-a concentrat pe îmbunătățirea materialului catodic, în timp ce cealaltă a dezvoltat un electrolit solid inovator.
În primul studiu, o echipă condusă de profesorul Jong-sung Yu de la Departamentul de Știință și Inginerie Energetică DGIST a dezvoltat un material de carbon poros dopat cu azot pentru a îmbunătăți viteza de încărcare a bateriilor cu litiu-sulf. Acest material, sintetizat folosind o metodă de reducere termică asistată de magneziu, acționează ca o gazdă de sulf în catodul bateriei. Bateria rezultată a prezentat performanțe remarcabile, atingând o capacitate mare de 705 mAh g⁻¹ chiar și atunci când este complet încărcată în doar 12 minute.
Structura carbonului, formată prin reacția magneziului cu azotul din ZIF-8 la temperaturi ridicate, a permis o încărcare mai mare de sulf și un contact îmbunătățit cu electrolitul. Acest progres a dus la o creștere de 1,6 ori a capacității în comparație cu bateriile convenționale în condiții de încărcare rapidă. În plus, dopajul cu azot a suprimat în mod eficient migrarea polisulfurei de litiu, permițând bateriei să păstreze 82% din capacitatea sa după 1.000 de cicluri de încărcare-descărcare.
Colaborarea cu Laboratorul Național Argonne a arătat că sulfura de litiu s-a format într-o orientare specifică în structurile stratificate ale materialului de carbon. Această descoperire a confirmat beneficiile dopajului cu azot și ale structurii poroase de carbon în creșterea încărcării cu sulf și accelerarea vitezei de reacție.
Un studiu separat al cercetătorilor chinezi și germani a introdus un electrolit solid conceput pentru a aborda reacția chimică lentă dintre ionii de litiu și sulful elementar. Acest electrolit inovator este un material asemănător sticlei compus din bor, sulf, litiu, fosfor și iod.
Caracteristica remarcabilă a acestui studiu este includerea iodului în electrolit. Datorită capacităților sale rapide de schimb de electroni, iodul acționează ca un intermediar în transferul de electroni la sulf, accelerând dramatic reacțiile electrozilor. Cercetătorii propun că mobilitatea iodului în electrolit îi poate permite să funcționeze ca o navetă de electroni.
Rezultatele performanței au fost la fel de impresionante. Când este încărcată la o rată extrem de rapidă – obținând o încărcare completă în puțin peste un minut – bateria a păstrat jumătate din capacitatea unuia încărcat de 25 de ori mai lent. La o rată de încărcare intermediară, bateria a păstrat peste 80% din capacitatea sa inițială după mai mult de 25.000 de cicluri de încărcare-descărcare. Acest nivel de durabilitate îl depășește cu mult pe cel al bateriilor convenționale cu litiu-ion, care de obicei suferă o degradare similară a capacității după doar aproximativ 1.000 de cicluri.
Împreună, aceste progrese aduc bateriile cu litiu-sulf mai aproape de implementarea practică. Lucrările echipei DGIST demonstrează promisiunea materialelor catodice avansate în scenariile de încărcare rapidă, în timp ce colaborarea chineză-germană evidențiază potențialul de transformare al electroliților solizi în îmbunătățirea longevității bateriei și a vitezei de încărcare.