Исследователи разрабатывают литий-серные аккумуляторы с высокой объемной плотностью энергии и длительным сроком службы

Команда исследователей во главе с У. У. Чжуншуаем из Даляньского института химической физики (DICP) Академии наук Китая создала литий-серные (Li-S) батареи с высокой объемной плотностью энергии и долговечными батареями с длительным сроком службы. на основе плотно компактного, отдельно стоящего и интегрированного катода.

Схема трехмерных аэрогелей графен / углеродные нанотрубки для литий-серных батарей со сверхвысокой объемной плотностью энергии. (Изображение предоставлено SHI Haodong и HOU Xiaocheng)

Эти Li-S батареи получены из трехмерных (3D) взаимосвязанных пористых аэрогелей графен / УНТ, функционирующих одновременно в качестве серного носителя и промежуточного слоя. Результаты исследования были опубликованы в Nano Energy .

Литий-S батареи, весьма конкурентоспособный заменитель коммерчески доступных литий-металлических батарей с высокой удельной энергией, привлекли значительное внимание из-за их высокой теоретической гравиметрической и объемной плотности энергии.

Тем не менее, практическое применение Li-S аккумуляторов было затруднено многими проблемами, такими как низкая массовая плотность наносерны, большое объемное расширение частиц серы во время езды на велосипеде, изначально низкая электропроводность серы и эффект челнока полисульфид лития, каждый из которых приводит к низкой объемной плотности энергии и ограниченной цикличности литий-ионных аккумуляторов.

Таким образом, ограничением прикладных исследований Li-S аккумуляторов является одновременное увеличение гравиметрической и объемной плотности энергии, а также продление стабильности цикла Li-S аккумуляторов.

Исследователи создали компактный, отдельно стоящий, интегрированный и проводящий катод, построенный путем сжатия аэрогелей графен / углеродные нанотрубки, служащих в качестве би-функциональности хозяина и промежуточного слоя серы без связующего вещества и металлического токосъемника для Li -S батареи одновременно.

Встроенный катод демонстрировал высокую плотность уплотнения, исключительную механическую гибкость и высокую электрическую проводимость, что могло обеспечить катоду объемную плотность энергии, сверхвысокую объемную плотность массы и удивительно долгосрочную стабильность при очень низкой скорости циклирования. скорость затухания более 500 циклов при 2 ° С.

Этот прогнозируемый интегральный катодный подход предоставил бы несколько возможностей для создания катушек без вяжущих, без токосъемника, с высокой нагрузкой серы и компактных катушек с высокой объемной плотностью энергии и гибкими литиевыми батареями.

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая, Национальной программой исследований и разработок Китая и Даляньской национальной лабораторией чистой энергии (DNL), CAS.

Source link