Avec un nouveau style, les batteries lithium-soufre pourraient atteindre leur plein potentiel.
Les batteries sont omniprésentes dans la vie quotidienne, des téléphones portables aux montres intelligentes en passant par le nombre croissant de véhicules électriques. La plupart de ces appareils utilisent la technologie bien connue des batteries au lithium-ion. Et bien que les batteries au lithium-ion aient parcouru un extensive chemin depuis leur introduction, elles présentent également certains inconvénients familiers, tels que la courte durée de vie, la surchauffe et l’alimentation. enjeux de la chaîne pour certaines matières premières.
Les scientifiques du Laboratoire nationwide d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) recherchent des remedies à ces problèmes en testant de nouveaux matériaux dans la construction de batteries. L’un de ces matériaux est le soufre. Le soufre est extrêmement abondant et rentable et peut contenir additionally d’énergie que les batteries traditionnelles à foundation d’ions.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont fait progresser la recherche sur les batteries à base de soufre en créant une couche dans la batterie qui ajoute une capacité de stockage d’énergie tout en éliminant presque un problème traditionnel avec les batteries au soufre qui provoquait la corrosion.
“Ces résultats démontrent qu’une couche intermédiaire redox-energetic pourrait avoir un effects énorme sur le développement des batteries Li-S. Nous sommes sur le place de voir cette technologie dans notre vie quotidienne.” — Wenqian Xu, scientifique des lignes de lumière à l’APS
Une conception de batterie prometteuse associe une électrode optimistic contenant du soufre (cathode) à une électrode négative au lithium métallique (anode). Entre ces composants se trouve l’électrolyte, ou la compound qui permet aux ions de passer entre les deux extrémités de la batterie.
Les premières batteries au lithium-soufre (Li-S) ne fonctionnaient pas bien vehicle les espèces soufrées (polysulfures) se dissolvaient dans l’électrolyte, provoquant sa corrosion. Cet effet de navette de polysulfure a un influence négatif sur la durée de vie de la batterie et réduit le nombre de fois que la batterie peut être rechargée.
Pour empêcher cette navette de polysulfure, les chercheurs précédents ont essayé de placer une couche intermédiaire redox-inactive entre la cathode et l’anode. Le terme “redox-inactif” signifie que le matériau ne subit pas de réactions comme celles d’une électrode. Mais cet intercalaire de safety est lourd et dense, réduisant la capacité de stockage d’énergie par unité de poids de la batterie. Il ne réduit pas non as well as suffisamment les navettes. Cela s’est avéré un obstacle majeur à la commercialisation des batteries Li-S.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé et testé une couche intermédiaire poreuse contenant du soufre. Des exams en laboratoire ont montré une capacité initiale environ trois fois as well as élevée dans les cellules Li-S avec cette couche intermédiaire lively, par opposition à inactive. Moreover impressionnant encore, les cellules avec la couche intermédiaire active ont maintenu une capacité élevée sur 700 cycles de charge-décharge.
“Des expériences précédentes avec des cellules ayant la couche redox-inactive ne supprimaient que la navette, mais ce faisant, elles sacrifiaient l’énergie pour un poids cellulaire donné vehicle la couche ajoutait un poids supplémentaire”, a déclaré Guiliang Xu, chimiste argonnais et co-auteur de le papier. “En revanche, notre couche redox-lively ajoute à la capacité de stockage d’énergie et supprime l’effet de navette.”
Pour étudier in addition avant la couche redox-active, l’équipe a mené des expériences sur la ligne de lumière 17-BM de l’APS (Advanced Photon Resource) d’Argonne, une installation utilisateur du DOE Office of Science. Les données recueillies lors de l’exposition des cellules avec cette couche à des faisceaux de rayons X ont permis à l’équipe de déterminer les avantages de l’intercalaire.
Les données ont confirmé qu’une couche intermédiaire redox-energetic peut réduire les navettes, réduire les réactions néfastes au sein de la batterie et augmenter la capacité de la batterie à conserver moreover de charge et à durer moreover de cycles. “Ces résultats démontrent qu’une couche intermédiaire redox-lively pourrait avoir un effect énorme sur le développement de la batterie Li-S”, a déclaré Wenqian Xu, scientifique de la ligne de lumière à l’APS. “Nous sommes sur le position de voir cette technologie dans notre vie quotidienne.”
À l’avenir, l’équipe souhaite évaluer le potentiel de croissance de la technologie d’intercalaire redox-active. “Nous voulons essayer de le rendre beaucoup additionally mince, beaucoup as well as léger”, a déclaré Guiliang Xu.
Un short article basé sur la recherche est paru dans le numéro du 8 août de Mother nature Communications. Khalil Amine, Tianyi Li, Xiang Liu, Guiliang Xu, Wenqian Xu, Chen Zhao et Xiao-Bing Zuo ont contribué à l’article.
Cette recherche a été parrainée par le Bureau de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables du DOE, le Programme de recherche sur les matériaux de batterie du Bureau des technologies des véhicules et la Fondation nationale de la recherche de Corée.