Литий-серные батареи представляют большой коммерческий интерес, потому что их теоретическая удельная плотность энергии значительно выше, чем у их уже хорошо зарекомендовавших себя двоюродных братьев литий-ионных батарей.В журнале APL Materials от AIP Publishing группа исследователей под руководством доктора Васанта Кумара из Кембриджского университета и профессора Ренджи Чена из Пекинского технологического института описывают свою конструкцию многофункционального серного катода на наноуровне с целью повышения производительности: связанные с этим проблемы, такие как низкая эффективность и снижение производительности.Металлоорганические каркасы (MOF) в последнее время привлекают большое внимание благодаря широкому применению в хранении водорода, секвестрации углекислого газа, катализе и мембранах.
И для создания своего катода команда использовала MOF «в качестве шаблона» для создания проводящей пористой углеродной клетки, в которой сера выступает в качестве хозяина, а каждая серо-углеродная наночастица действует как накопители энергии, в которых происходят электрохимические реакции.«Наш углеродный каркас действует как физический барьер, удерживающий активные материалы внутри его пористой структуры», — пояснил Кай Си, ученый-исследователь из Кембриджа. «Это приводит к улучшенной стабильности при езде на велосипеде и высокой эффективности». Они также обнаружили, что за счет дополнительной обертывания накопителя энергии сера-углерод тонким слоем гибкого графена ускоряется перенос электронов и ионов.Что стоит за улучшенной емкостью?
По словам ученых, кинетика быстрой передачи заряда стала возможной благодаря взаимосвязанной графеновой сети с высокой электропроводностью. Их работа показывает, что композитная структура пористого каркаса с токопроводящими связями является перспективной конструкцией электродной конструкции для аккумуляторных батарей.
Эта работа обеспечивает «базовый, но гибкий подход как к увеличению использования серы, так и к повышению стабильности цикла батарей», — сказал Си. «Модификация устройства или его каркаса с помощью легирования или полимерного покрытия может вывести характеристики на совершенно новый уровень».С точки зрения приложений, уникальная интеграция накопителя энергии в новой конструкции батареи с ионно-электронным каркасом теперь открыла дверь для производства высокоэффективных нетопотактических (не связанных с структурными изменениями в кристаллическое твердое тело) накопителей энергии на основе реакций. системы.
Что дальше у команды? «Мы сосредоточимся на производстве гибридных автономных систем с серным катодом для создания аккумуляторов с высокой плотностью энергии, что потребует адаптации новых компонентов электролита и создания литиевых« защитных слоев »для улучшения электрохимических характеристик аккумуляторов», — отметил Си.