Mit einem neuen Gestaltung könnten Lithium-Schwefel-Batterien ihr volles Potenzial ausschöpfen. Batterien sind ubiquitär im täglichen Leben, von Handys und Smartwatches solange bis hin zu den immer mehr Elektrofahrzeugen. Die meisten dieser Geräte verwenden die bekannte Lithium-Ionen-Akkutechnologie. Und obwohl Lithium-Ionen-Batterien seit dem Zeitpunkt ihrer Eröffnung kombinieren langen Weg zurückgelegt nach sich ziehen, nach sich ziehen sie nachrangig wenige bekannte Nachteile, wie kurze Nutzungsdauer, Überhitzung und Herausforderungen in welcher Wertschöpfungskette pro bestimmte Rohstoffe.
Wissenschaftler des Argonne Nationalistisch Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) sondieren Lösungen pro ebendiese Probleme, während sie neue Materialien im Batteriebau testen. Ein solches Werkstoff ist Schwefel. Schwefel ist extrem reichlich vorhanden und kostengünstig und kann mehr Leistung speichern denn herkömmliche Batterien gen Ionenbasis.
In einer neuen Studie nach sich ziehen Forscher die Batterieforschung gen Schwefelbasis vorangebracht, während sie eine Schicht intrinsisch welcher Batterie geschaffen nach sich ziehen, die die Energiespeicherkapazität erhoben und taktgesteuert ein traditionelles Problem mit Schwefelbatterien, dasjenige Rost verursacht, nahezu beseitigt.
Ein vielversprechendes Batteriedesign kombiniert eine schwefelhaltige positive Elektrode (negative Elektrode) mit einer negativen Elektrode aus Lithiummetall (positive Elektrode). Zwischen diesen Komponenten befindet sich welcher Elektrolyt oder die Substanz, die Ionen zwischen den beiden Enden welcher Batterie vorbeigehen lässt.
Frühzeitigkeit Lithium-Schwefel-Batterien (Lithium-Schwefel) zeigten keine gute Leistung, da sich Schwefelspezies (Polysulfide) im Elektrolyten auflösten und dessen Rost verursachten. Dieser Polysulfid-Shuttle-Nachwirkung wirkt sich negativ gen die Batterielebensdauer aus und verringert die Zahl welcher Wiederaufladungen welcher Batterie.
Um dieses Pendeln des Polysulfids zu verhindern, versuchten frühere Forscher, eine redoxinaktive Zwischenschicht zwischen negative Elektrode und positive Elektrode anzuordnen. Welcher Fachausdruck „redoxinaktiv“ bedeutet, dass dasjenige Werkstoff keine Reaktionen wie im Kontext einer Elektrode durchläuft. Jene schützende Zwischenschicht ist jedoch schwergewichtig und geschlossen, welches die Energiespeicherkapazität pro Gewichtseinheit pro die Batterie verringert. Es reduziert nachrangig dasjenige Pendeln nicht hinlänglich. Dies hat sich denn Haupthindernis pro die Vermarktung von Lithium-Schwefel-Batterien erwiesen.
Um dem entgegenzuwirken, entwickelten und testeten die Forscher eine poröse schwefelhaltige Zwischenschicht. Tests im Laboratorium zeigten eine etwa dreimal höhere Anfangskapazität im Kontext Lithium-Schwefel-Zellen mit dieser aktiven, im Kontrast zu inaktiven, Zwischenschicht. Noch beeindruckender ist, dass die Zellen mit welcher aktiven Zwischenschicht darüber hinaus 700 Lade-Entlade-Zyklen eine hohe Kondensator beibehielten.
„Frühere Experimente mit Zellen mit welcher redoxinaktiven Schicht unterdrückten nur dasjenige Pendeln, gleichwohl dieserfalls opferten sie die Leistung pro ein bestimmtes Zellgewicht, weil die Schicht zusätzliches Masse hinzufügte“, sagte Guiliang Xu, ein Argonne-Laborant und Mitautor von dasjenige Papier. „Unsrige redoxaktive Schicht hingegen trägt zur Energiespeicherkapazität im Kontext und unterdrückt den Shuttle-Nachwirkung.“
Um die redoxaktive Schicht weiter zu untersuchen, führte dasjenige Team Experimente an welcher 17-BM-Strahllinie welcher Advanced Photon Source (APS) von Argonne durch, einer Benutzereinrichtung des DOE Office of Science. Die Datenansammlung, die im Kontext welcher Röntgenstrahlenexposition von Zellen mit dieser Schicht gesammelt wurden, ermöglichten es dem Team, die Vorteile welcher Zwischenschicht zu ermitteln.
Die Datenansammlung bestätigten, dass eine redoxaktive Zwischenschicht dasjenige Pendeln reduzieren, schädliche Reaktionen intrinsisch welcher Batterie reduzieren und die Kondensator welcher Batterie steigern kann, um mehr Ladung zu halten und mehr Zyklen zu halten. „Jene Ergebnisse zeigen, dass eine redoxaktive Zwischenschicht kombinieren enormen Macht gen die Reifung von Lithium-Schwefel-Batterien nach sich ziehen könnte“, sagte Wenqian Xu, Beamline-Wissenschaftler im Kontext APS. „Wir sind dem Ziel, ebendiese Technologie in unserem Tretmühle zu sehen, kombinieren Schritttempo näher gekommen.“
In Zukunft möchte dasjenige Team dasjenige Wachstumspotenzial welcher redoxaktiven Zwischenschichttechnologie festsetzen. „Wir wollen versuchen, es viel dünner und leichter zu zeugen“, sagte Guiliang Xu.
Ein Vorbehalt, welcher gen welcher Wissenschaft basiert, erschien in welcher Verteilung von Nature Communications vom 8. August. Khalil Amine, Tianyi Lithium, Xiang Liu, Guiliang Xu, Wenqian Xu, Chen Zhao und Xiao-Bing Zuo nach sich ziehen zu dem Papier beigetragen.
Jene Wissenschaft wurde vom DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, dem Battery Materials Research Program des Vehicle Technologies Office und welcher Nationalistisch Research Foundation of Korea gesponsert.
Forschungsbericht: Reifung von hochenergetischen nichtwässrigen Lithium-Schwefel-Batterien durch redoxaktive Zwischenschichtstrategie.
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