По сообщениям зарубежных СМИ,разрабатываетархитектурукремниевосерныхтопливныхэлементовдляулучшенияхарактеристиклитийионныхаккумуляторов Инженерный колледж Борнса Калифорнийского университета в Риверсайде (URC) разработал новые технологии, позволяющие создать высокопроизводительные литий-ионные аккумуляторы с использованием серных и кремниевых электродов.
Архитектура кремниево-серного топливного элемента (SSFC) постепенно интегрирует контролируемые чистые ионы лития в аккумуляторную систему. В условиях C/10 его плотность энергии по-прежнему достигает 350 Втч после 250 зарядок и разрядок. /кг.
Сера — очень привлекательный катодный материал с теоретической емкостью 1675 мАч/г. Однако из-за врожденных дефектов, таких как объемное расширение и плохая проводимость серы, развитие применения серных электродов происходит относительно медленно. К счастью, исследователи URC обнаружили множество новых способов решения вышеупомянутых проблем. Характеристики этого раствора продукта очень многообещающие, но он может вызвать нагрев вокруг серы.
В настоящее время материалом анода обычно является кремний, теоретическая емкость которого достигает 4200 мАч/г. Однако кремний сталкивается с двумя основными проблемами: плохой проводимостью и объемным расширением. С этой целью исследователи использовали наносремниевые структуры, проводящие добавки и связующие, чтобы окончательно решить вышеуказанные проблемы и подготовить серные катоды и кремниевые аноды для топливных элементов.
В настоящее время исследователи используют предварительно литированные материалы, такие как сульфид лития или силицид лития, для создания топливных элементов с плотностью энергии до 600 Втч/кг. Однако количество раз зарядки и разрядки топливных элементов этого типа обычно очень короткое, обычно менее 50 раз, и этот тип материала требует использования специального оборудования и существует множество ограничений при обработке.
Чтобы создать новую архитектуру SSFC, команда добавила к традиционной технологии архитектуры топливных элементов кусок литиевой фольги, чтобы литиевая фольга могла контактировать с токосъемником. Литиевая фольга интегрирована в топливо. система элементов во время зарядки и разрядки для контроля количества внедренных ионов лития.
В полуэлементах в качестве анодного материала будет использоваться чистый литий, что заставит пользователей беспокоиться о проблемах безопасности, таких как рост дендритов (образование дендритов) и коррозия лития. В полноэлементном режиме для изготовления анода можно использовать кремний, что может облегчить проблемы безопасности, возникающие при использовании анодов из чистого лития, и в то же время гарантировать, что топливный элемент сможет получить необходимую высокую мощность.
Этот метод позволяет контролировать загрузку лития, чтобы компенсировать образование пленки на границе раздела с твердым электролитом (SEI) и деградацию лития, увеличивая срок службы топливного элемента. Кроме того, в батарее также используются различные методы, такие как импеданс переменного тока (EIS), циклическая вольтамперометрия (CV) и гальваностатическое прерывистое титрование (GITT). Это исследование заложит основу для разработки будущих кремний-серных топливных элементов.
Финансирование исследований поступает от UCR и Vantage Advanced Technologies, а университетский офис коммерциализации технологий также подал заявку на получение патента на изобретение для этой цели.
Источник: Gasgoo