새로운 디자인의 리튬-황 배터리는 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.

새로운 연구에서 연구자들은 부식을 유발하는 기존의 황 배터리 문제를 거의 제거하면서 에너지 저장 용량을 추가하는 배터리 내부에 층을 만들어 황 기반 배터리 연구를 발전시켰습니다.

“이러한 결과는 산화환원 활성 중간막이 Li-S 배터리 개발에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 우리는 일상 생활에서 이 기술을 보는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.” — Wenqian Xu, 빔라인 과학자 APS

유망한 배터리 설계는 황 함유 양극(음극)과 리튬 금속 음극(양극)을 결합합니다. 이러한 구성 요소 사이에는 전해질 또는 이온이 배터리의 두 끝 사이를 통과할 수 있도록 하는 물질이 있습니다.

초기 리튬-황(Li-S) 배터리는 황 종(다황화물)이 전해질에 용해되어 부식을 일으키기 때문에 성능이 좋지 않았습니다. 이 폴리설파이드 셔틀링 효과는 배터리 수명에 부정적인 영향을 미치고 배터리를 재충전할 수 있는 횟수를 줄입니다.

이 폴리설파이드 이동을 방지하기 위해 이전 연구원들은 음극과 양극 사이에 산화환원 비활성 중간층을 배치하려고 시도했습니다. 용어 ?“레독스 비활성”은 재료가 전극에서와 같은 반응을 겪지 않는다는 것을 의미합니다. 그러나 이 중간 보호막은 무겁고 밀도가 높아 배터리의 단위 중량당 에너지 저장 용량이 줄어듭니다. 또한 왕복을 적절하게 줄이지 않습니다. 이는 Li-S 배터리 상용화의 주요 장벽임이 입증되었습니다.

이를 해결하기 위해 연구자들은 다공성 황 함유 중간막을 개발하고 테스트했습니다. 실험실에서의 테스트는 중간층이 비활성 상태가 아닌 활성 상태인 Li-S 전지에서 초기 용량이 약 3배 더 높은 것으로 나타났습니다. 더 인상적인 것은 활성 중간층이 있는 셀이 700회 충방전 주기 동안 고용량을 유지했다는 것입니다.

“산화환원 비활성 층을 가진 세포에 대한 이전 실험은 셔틀링을 억제했을 뿐이지만 그렇게 함으로써 층이 추가 무게를 더했기 때문에 주어진 세포 무게에 대한 에너지를 희생했습니다. 종이. ?“대조적으로 우리의 산화 환원 활성층은 에너지 저장 용량을 추가하고 셔틀 효과를 억제합니다.”

산화 환원 활성층을 더 연구하기 위해 팀은 다음과 같은 실험을 수행했습니다. 17-BM Argonne의 Advanced Photon Source의 빔라인(APS), ㅏ 암사슴 Office of Science 사용자 시설. 이 층이 있는 세포를 X선 빔에 노출시켜 수집한 데이터를 통해 팀은 중간막의 이점을 확인할 수 있었습니다.

이 데이터는 산화 환원 활성 중간막이 셔틀링을 줄이고 배터리 내 유해 반응을 줄이며 배터리 용량을 증가시켜 더 많은 충전을 유지하고 더 많은 사이클을 지속할 수 있음을 확인했습니다. ?“이러한 결과는 산화 환원 활성 중간막이 Li-S 배터리 개발에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다.”라고 빔라인 과학자인 Wenqian Xu는 말했습니다. APS. ?“우리는 일상 생활에서 이 기술을 보는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.”

앞으로 팀은 산화환원 활성 중간막 기술의 성장 가능성을 평가하고자 합니다. ?“훨씬 더 얇고 가볍게 만들고 싶습니다.”라고 Guiliang Xu는 말했습니다.