We hebben een lange weg afgelegd van lekkende autoaccu's met zwavelzuur, maar moderne lithiumbatterijen hebben nog steeds enkele nadelen. Nu heeft een team van Penn State-ingenieurs een ander type lithiumzwavelbatterij die efficiënter zou kunnen zijn. goedkoper en veiliger.

"We hebben deze methode gedemonstreerd in een knoopbatterij, " zei Donghai Wang, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde. "Maar, Ik denk dat het uiteindelijk groot genoeg kan worden voor mobiele telefoons, drones en nog groter voor elektrische voertuigen."

Lithium-zwavelbatterijen zouden een veelbelovende kandidaat moeten zijn voor de volgende generatie oplaadbare batterijen, maar ze zijn niet zonder problemen. Voor lithium, de efficiëntie waarbij ladingsoverdrachten laag zijn, en, lithiumbatterijen hebben de neiging om dendrieten te laten groeien - dunne vertakte kristallen - tijdens het opladen die niet verdwijnen wanneer ze worden ontladen.

De onderzoekers onderzochten een zelfgevormde, flexibele hybride vaste-elektrolyt interfaselaag die wordt afgezet door zowel organosulfiden als organopolysulfiden met anorganische lithiumzouten. De onderzoekers rapporteren in het huidige (11 oktober) nummer van Natuurcommunicatie dat de organische zwavelverbindingen werken als weekmakers in de interfaselaag en de mechanische flexibiliteit en taaiheid van de laag verbeteren. De interfaselaag zorgt ervoor dat het lithium zich kan afzetten zonder dendrieten te laten groeien. Het Coulomb-rendement is ongeveer 99 procent over 400 oplaadcycli.

"We hebben een soort barrière nodig op het lithium in een lithium-metaalbatterij, of het reageert met alles, " zei Wang.

Zwavel is een goede keuze omdat het goedkoop is en de batterij een hoge laadcapaciteit geeft, hogere energiedichtheid, zodat een lithiumzwavelbatterij meer energie heeft. Echter, een lithiumzwavelbatterij vormt een anorganische laag in de batterij die bros is en geen volumeveranderingen kan verdragen. Het anorganische zwavelgrensvlak kan geen hoge energie aan. In een lithiumzwavelbatterij, het elektrolyt droogt op en de bulk lithium corrodeert. De lithiumdendrieten die zich vormen, kunnen kortsluitingen en andere veiligheidsrisico's veroorzaken.

"Mogelijk kunnen we de energiedichtheid van conventionele DC-batterijen verdubbelen met behulp van lithiumzwavelbatterijen met deze hybride organosulfide/organopolysulfide-interface, " zei Wang.

Ze kunnen ook een veiliger, betrouwbaardere batterij.

Om hun batterij te maken, gebruikten de onderzoekers een op ether gebaseerde elektrolyt met zwavelhoudende polymeeradditieven. De batterij maakt gebruik van een met zwavel doordrenkte koolstofkathode en een lithiumanode. De organische zwavel in de elektrolyt vormt zelf de interfaselagen.

De onderzoekers melden dat ze "een lithium-zwavelbatterij demonstreren met een lange levensduur - 1000 cycli - en een goed capaciteitsbehoud.