Характеристики цикла заряда и разряда литий-серных аккумуляторов

Японский научно-исследовательский институт промышленных технологий (именуемый Научно-исследовательским институтом промышленности и технологий) объявил 28 июня 2016 года, что он совместно с Университетом Цукуба разработал литий-серную батарею. Благодаря использованию металлоорганического каркаса в качестве сепаратора аккумулятора достигается долговременный стабильный цикл заряда и разряда. По имеющимся данным, литий-серная батарея может поддерживать зарядную емкость до 900 мАч / г после 1500 циклов тестирования при плотности тока 1 C (значение тока в конце разряда после 1 часа разряда постоянным током).

Литий-серная батарея, использующая серу в качестве положительного электрода литиевой батареи, имеет высокую емкость положительного электрода (теоретическое значение составляет 1675 мАч / г) и ожидается как батарея нового поколения. Однако проблема с этим типом батареи заключается в том, что сульфид лития, промежуточный продукт реакции разряда, легко растворяется в электролите. Следовательно, в ходе цикла заряда и разряда растворенные полисульфид-ионы инициируют окисление между положительным и отрицательным электродами. Повторяющаяся реакция восстановления (эффект челнока) приводит к снижению емкости аккумулятора.

На этот раз исследователи не приняли мер для предотвращения растворения полисульфидов, а вместо этого использовали «молекулярное сито», металлоорганический каркас, который часто использовался для адсорбции и разделения молекул газа, чтобы ограничить движение полисульфидов до отрицательный электрод. Металлоорганический каркас имеет трехмерные микропоры от субнанометров до нескольких нанометров и фиксированный размер.

Материал мембраны выбирается из металлоорганического каркаса, в котором размер пор таков, что ионы полисульфида могут проходить, но ионы лития могут проходить. А путем подмешивания его к слою оксида графена была синтезирована гибкая композитная металлоорганическая каркасная пленка. Поскольку это кристалл, металлоорганический каркас имеет недостаток в том, что он легко ломается.

Исследователи обнаружили, что, когда композитная металлоорганическая каркасная мембрана используется в качестве сепаратора литий-серно-желтого аккумулятора, можно подавить эффект челнока, который рассматривается как проблема, и можно предотвратить снижение емкости заряда и разряда, а также характеристики цикла. понижен. После повторения 1500 циклов зарядки и разрядки при комнатной температуре, с точки зрения разрядной емкости и кулоновской эффективности, в дополнение к примерно 100 зарядкам и разрядкам, выполненным для выполнения начальной активации, разрядная емкость от 100 до 1500 раз практически не ухудшилась, что свидетельствует о хороших характеристиках цикла. .

Будущая цель научно-исследовательского института - разработать литий-серные батареи с отличными характеристиками с целью практического использования. Результаты исследования были опубликованы 27 июня (по британскому времени) в британском академическом журнале Nature Energy.

Страница содержит содержимое машинного перевода.