קצף ניקל משפר את הביצועים של סוללות ליתיום גופרית

חוקרים מאוניברסיטת שנטו והמכון הטכנולוגי של בייג'ינג פיתחו סוג חדש של קצף על בסיס ניקל שנועד למתן את אפקט המעבורת, הרחבת הנפח ובעיות אחרות שמציקות לסוללות ליתיום גופרית, כך נודע ל-FT.com. "הפיתוח המשגשג של כלי רכב חשמליים דורש טכנולוגיות אחסון אנרגיה מהדור הבא עם צפיפות אנרגיה גבוהה, עלות נמוכה וחיים ארוכים", אמר לב פושן, מחבר בכיר של המחקר שהציע את הפתרון, בהצהרה בתקשורת. "סוללות ליתיום גופרית נחשבות למערכת אחסון אנרגיה מבטיחה בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה במיוחד והקיבולת התיאורטית הגדולה שלהן. עם זאת, הן מוגבלות על ידי המוליכות האלקטרונית הירודה של גופרית, שינויים בנפח הקתודה ואפקט המעבורת. לו הסביר כי המרה של פוליסולפידים במהלך טעינה ופריקה היא מעבר רב-שלבי מורכב.פוליסולפידים ליתיום מתמוססים (LiPSs) מתפזרים דרך המפריד הנקבובי אל האלקטרודה השלילית ומגיבים עם מתכת ליתיום ליצירת ליתיום בלתי מסיס, מה שגורם ל"אפקט מעבורת" המדרדר את יכולת הפריקה והמחזוריות. ביצועים זהו אחד הליקויים העיקריים המעכבים מאוד את המסחור בקנה מידה גדול של סוללות ליתיום גופרית.
קתודה יעילה "נכון לעכשיו, המכשולים של סוללות ליתיום מתגברים בעיקר על ידי תכנון של אלקטרודות ואלקטרוליטים," אמר לו. על מנת להרחיב את יכולת הספיגה של ליתיום פוליסולפיד ולשפר את יצירת הגופרית הפעילה במהלך הטעינה והפריקה, האלקטרודות מורכבות לרוב משכבות ביניים נקבוביות בעלות פעילות קטליטית גבוהה. לדברי Lu, מספר ננו-חלקיקים של תחמוצת מתכת או כלאיים אורגניים-אי-אורגניים שימשו כדי לשתק את פולי-סולפידים של ליתיום ולהקל על ספיגתם והמרתם. עם זאת, חומרים אלה מציגים קינטיקה חיזור איטית בסוללות ליתיום עתירות גופרית כשהן מצטברות בשכבת הביניים. לדעתו, נראה שהשילוב של חומרי פחמן עם חומרים פונקציונליים אנאורגניים הוא אסטרטגיה מעשית להשגת קתודות יעילות. עם זאת, השילוב הקטליטי מכוסה בדרך כלל בשכבת ביניים, אשר מפחיתה את ההמרה של פוליסולפידים, מה שמוביל בסופו של דבר לכשל בהשגת סינרגיה בין שתי הפונקציות. "בשנים האחרונות, קתודות סוללות ליתיום-גופרית בעלות תכונות כימיה מצוינות של פוליסולפיד ויעילות קטליטית גבוהה נחקרו רבות. מציאת אסטרטגיה מעשית לשילוב פונקציות מרובות בהתאמה כדי להאיץ את המרת הפוליסולפיד נותרה בעיה דחופה."
חוקר קצף ניקל אמר שהצעתו כוללת גידול של 3D HsGDY או גרפין מוחלף במימן, איזוטופ פחמן חדש בעל מבנה מישורי ותכונות ייחודיות, מונח על גבי קצף ניקל באמצעות תגובת צימוד צולב בלייזר לעוגן MoS2/Ni3S2 ולשפר את המוליכות החשמלית. של חומרים המכילים גופרית. לדבריו, "מסגרת ה-3D HsGDY מסוגלת לספוח במהירות ליתיום פוליסולפיד, בעוד Ni3S2/MoS2 פועל כמרכז תגובה עם התנגדות נמוכה להעברת מטען." לו הגיע למסקנה שהאלקטרודות המבוססות על- 3d hsgdy של ניקל מציגות ביצועים גבוהים בסוללות ליתיום-גופרית עם קיבולת ספציפית גדולה ויציבות ארוכת טווח בצפיפות זרם גבוהה. לכן, סימום HsGDY בקתודה יכול לקדם את הספיגה וההמרה של ליתיום פוליסולפיד באלקטרוליט, מה שמספק רעיון חדש להשגת סוללות ליתיום-גופרית בצפיפות אנרגיה גבוהה. "סוללות ליתיום-יון ממוסחרות במשך עשרות שנים. צפיפות האנרגיה שלהן גדלה מעט במהלך השנים האחרונות, אם כי הושקע מאמצים מחקריים רבים", אמר לו. "המחקר על hsgdyli - סוללות המכילות s נמצא עדיין בחיתוליו, ויש צורך במחקר רב כדי להשיג יישומים מעשיים."
[מקור - CKNews.com]