Lithium-ionbatterijen houden de energiebehoefte van elektronische apparaten met een hoger vermogen niet bij, elektrische voertuigen en slimme elektriciteitsnetten. Om batterijen met een hogere capaciteit te ontwikkelen, onderzoekers hebben gekeken naar lithiumzwavelbatterijen vanwege de hoge theoretische capaciteit en energiedichtheid van zwavel.

Maar er zijn nog verschillende problemen die moeten worden opgelost voordat lithiumzwavelbatterijen in praktische toepassingen kunnen worden gebruikt, zoals de intrinsiek lage elektrische geleidbaarheid van zwavel en het snelle capaciteitsverval veroorzaakt door polysulfiden die uit de kathode ontsnappen.

Het grootste probleem is het pendeleffect dat optreedt tijdens het fietsen. Dit effect veroorzaakt de diffusie van polysulfiden van de kathode, capaciteitsverlies creëren. Het verbruikt ook veel vers lithium en elektrolyten, en vermindert de prestaties van de batterij.

Om het pendelprobleem op te lossen en de prestaties van de lithiumzwavelbatterij te verbeteren, de auteurs van een paper gepubliceerd in APL-materialen , creëerde een sandwich-gestructureerde elektrode met behulp van een nieuw materiaal dat polysulfiden opsluit en de reactiekinetiek verhoogt.

ZIF-67 is een metaal-organisch raamwerk (MOF) opgebouwd uit metaalionen of metaalclusters en organische liganden. Het is veelbelovend in gasopslag en -scheiding, katalyse en energieopslag. MOF-afgeleide materialen zijn ook aantrekkelijk in energieopslag vanwege hun robuuste structuur, poreus oppervlak en hoge geleidbaarheid.

Een sandwich-gestructureerde elektrode met zwavel geïmmobiliseerd tussen PZ67-lagen, PZ67/S/PZ67, verbetert de praktische energiedichtheid van de lithiumzwavelbatterij tot drie tot vijf keer hoger dan die van lithiumionbatterijen. De PZ67 is samengesteld uit polaire materialen, en de poreuze koolstof vertoonde een synergetisch effect in de chemische interactie, diende als een fysieke barrière, bood een hoge geleidbaarheid om het pendeleffect van polysulfide te voorkomen en verbeterde de fietsprestaties van de batterijen.

"De poreuze PZ67 kan niet alleen de polysulfiden absorberen om een ​​opsluiting te vormen, het kan ook de kinetiek van de reactie van de daadwerkelijke actieve materialen tijdens de batterijcyclus verbeteren, " auteur Siwu Li zei. "Dat betekent dat het ook de ontlaadspanning van de batterij kan verbeteren, en dat is een grote bijdrage aan het verbeteren van de energiedichtheid van de batterijen."

De sandwich-gestructureerde elektrode die oplosbare polysulfiden opsluit, kan nuttig zijn voor iedereen die werkt aan het opsluiten van oplosbare materialen, zei Li. Zijn team is van plan hun werk voort te zetten om het fabricageproces van de hybride elektrode met behulp van een heetpersprocedure op te schalen. Ze zijn ook van plan om instabiliteiten aan de anodezijde van lithiumzwavelbatterijen aan te pakken, eventueel door het aanbrengen van een beschermlaag.