Os cátodos a base de silicio estabilizan as células Li-S. Efecto: máis de 2 ciclos de carga en lugar de varias ducias

Científicos do Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Daegu (DGIST, Corea do Sur) desenvolveron un cátodo baseado en silicio que se espera que resista máis de 2 ciclos de carga nas células Li-S. As células clásicas de iones de litio usan silicio puro nos ánodos para complementar e substituír gradualmente o grafito. Aquí utilizouse óxido de silicio e o dióxido de silicio no cátodo.

Celda Li-S = ánodo de litio, cátodo de dióxido de silicio con xofre

As células Li-S considéranse interesantes pola súa alta densidade de enerxía, peso e baixo custo de fabricación. Non obstante, ninguén conseguiu aínda crear unha versión que resistise máis de varias ducias de ciclos de carga. Todo debido aos polisulfuros de litio (LiPS), que se disolven no electrólito durante a descarga e reaccionan co ánodo, reducindo a súa capacidade e, como resultado, destruíndo a batería.

É posible que os investigadores surcoreanos atoparan unha solución ao problema. En lugar de materiais a base de carbono (como o grafito), utilizaron o cátodo. estrutura lamelar de sílice mesoporosa (POMS).

A estrutura lamelar é comprensible, mentres que a mesoporosidade refírese á acumulación de poros (cavidades) na sílice que teñen un tamaño obxectivo, densidade de área e dispersión de pequeno tamaño (fonte). É un pouco como se meter regularmente por placas adxacentes dalgún tipo de silicato para facer unha peneira.

Os científicos da DGIST utilizaron estes buratos para depositar neles xofre (Figura a). Durante a descarga, o xofre disólvese e forma polisulfuros de litio (LiPS) co litio. Así, a carga flúe, pero o LiPS permanece atrapado preto do cátodo debido ao factor carbono adicional indefinido (estrutura negra, figura b).

Durante a carga, LiPS libera litio, que se devolve ao ánodo de litio. Por outra banda, o xofre convértese en sílice. Sen fugas de LiPS ao ánodo, sen danos metálicos.

A batería Li-S creada deste xeito mantén unha gran capacidade e estabilidade durante máis de 2 ciclos de traballo. Polo menos 500-700 ciclos de operación considéranse estándar para as células de ión-litio clásicas, aínda que hai que engadir que as células de ión-litio ben procesadas poden soportar varios miles de ciclos.