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Neue Chemie verspricht bessere Lithium-Schwefel-Batterien
2020-06-24 09:47:36

Wissenschaftler unter der Leitung der University of Maryland in den USA haben einen neuen Kathodentyp für Lithium-Schwefel-Batterien entwickelt, der die vielversprechende Batterietechnologie auf ein höheres Leistungsniveau bringen soll.


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Lithium-Schwefel ist einer von vielen Wegen, die Wissenschaftler beschreiten, um die Einschränkungen der heutigen Lithium-Ionen-Batterietechnologie zu überwinden und Energiespeicherlösungen zu entwickeln, die auf billigeren und häufigeren Materialien basieren. Bei Verwendung als Kathodenmaterial neigt Schwefel jedoch dazu, nach einer kleinen Anzahl von Zyklen schnell an Leistung zu verlieren und sich im Elektrolyten in Sulfiden aufzulösen.

Leitfähiger Kohlenstoff der Schlüssel

Die Wissenschaftler in Maryland entdeckten einen Weg, um sowohl die Energieeffizienz als auch die Stabilität der Schwefelkathode zu verbessern, indem sie verschiedene Formen von Kohlenstoff verwendeten, um zu verhindern, dass sich Schwefel mit Chemikalien im Elektrolyten verbindet.

"Wir haben die chemische Bindung zwischen Schwefel und Sauerstoff / Kohlenstoff genutzt, um den Schwefel zu stabilisieren", erklärte Chao Luo, Hauptautor der Studie. "Dies beinhaltete eine Hochtemperaturbehandlung, um den" unberührten "Schwefel zu verdampfen und die sauerstoffreiche organische Verbindung in einem Vakuumglasrohr zu karbonisieren, um einen dichten sauerstoffstabilisierten Schwefel / Kohlenstoff-Verbundstoff mit hohem Schwefelgehalt zu bilden."

Unter Verwendung mehrerer Mikroskoptechniken konnte die Gruppe einen Schwefelgehalt von 60% bestätigen, der gleichmäßig über die Kathode verteilt war, wobei der Kohlenstoff dazu diente, die Bildung von Polysulfiden zu verhindern. "Die Bildung einer Festelektrolyt-Interphase während der Aktivierungszyklen versiegelt den Schwefel vollständig in einer Kohlenstoffmatrix und bietet eine überlegene elektrochemische Leistung unter mageren Elektrolytbedingungen."

Die Bemühungen der Gruppe sind in dem in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Artikel A chemisch stabilisierte Schwefelkathode für Lithium-Schwefel-Batterien mit magerem Elektrolyt beschrieben.

Anfang 2020 verfolgten Wissenschaftler der australischen Monash University einen ähnlichen Ansatz, um das zu entwickeln, was sie als "die effizienteste Lithium-Schwefel-Batterie der Welt" bezeichnen, und haben das dafür entwickelte Herstellungsverfahren patentiert.

Die von der University of Maryland geleitete Gruppe ist zuversichtlich, dass ihr Ansatz zur Kathodenchemie zu Lithium-Schwefel-Batterien führen wird, die eine hohe Energieeffizienz und lange Zykluslebensdauern aufweisen, und dass ihre Arbeit Wissenschaftlern neue Möglichkeiten zur Untersuchung der chemischen Bindung mit Schwefelmaterialien eröffnen wird als Weg für zukünftige Innovationen.

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