DGIST-onderzoekers verbeteren de prestaties van lithium-luchtbatterijen, brengt ons dichter bij elektrische auto's die zuurstof kunnen gebruiken om langer te rijden voordat ze moeten worden opgeladen. In hun laatste onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Toegepaste Katalyse B:Milieu , ze beschrijven hoe ze een elektrode hebben gefabriceerd met behulp van nikkel-kobaltsulfide-nanovlokken op een met zwavel gedoteerd grafeen, wat leidt tot een batterij met een lange levensduur en een hoge ontlaadcapaciteit.

"De rijafstand van elektrische auto's op lithium-ionbatterijen is ongeveer 300 kilometer, ", zegt chemicus Sangaraju Shanmugam van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) in Korea. "Dit betekent dat het moeilijk is om op deze batterijen heen en weer te reizen tussen Seoul en Busan. Dit heeft geleid tot onderzoek naar lithium-luchtbatterijen, door hun vermogen dus meer energie op te slaan en zo voor langere kilometers te zorgen."

Maar lithium-luchtbatterijen staan ​​voor veel uitdagingen voordat ze op de markt kunnen worden gebracht. Bijvoorbeeld, ze ontladen energie niet zo snel als lithium-ionbatterijen, wat betekent dat een elektrische auto met een lithium-luchtbatterij verder kan rijden zonder te hoeven opladen, maar dan moet je heel langzaam rijden. Deze batterijen zijn ook minder stabiel en zouden vaker moeten worden vervangen.

Shanmugam en zijn collega's richtten hun onderzoek op het verbeteren van de capaciteit van lithium-luchtbatterijen om de reacties tussen lithiumionen en zuurstof te katalyseren, die het vrijkomen van energie en het oplaadproces vergemakkelijken.

Batterijen hebben twee elektroden, een anode en een kathode. De reacties tussen lithiumionen en zuurstof vinden plaats aan de kathode in een lithium-luchtbatterij. Shanmugam en zijn team ontwikkelden een kathode gemaakt van nikkel-kobaltsulfide-nanovlokken die op een poreus grafeen waren geplaatst dat met zwavel was gedoteerd.

Hun batterij vertoonde een hoge ontladingscapaciteit terwijl ze tegelijkertijd de batterijprestaties gedurende meer dan twee maanden handhaafde zonder dat de capaciteit afnam.

Het succes van de batterij is te danken aan verschillende factoren. De poriën van verschillende grootte in het grafeen boden een grote hoeveelheid ruimte voor de chemische reacties. evenzo, de nikkel-kobaltsulfide-katalysatorvlokken bezitten overvloedige actieve plaatsen voor deze reacties. De vlokken vormen ook een beschermende laag die zorgt voor een robuustere elektrode. Eindelijk, doping grafeen met zwavel en de interconnectiviteit van de poriën verbetert het transport van elektrische ladingen in de batterij.

Het team is van plan om te werken aan het verbeteren van andere aspecten van de lithium-luchtbatterij door onderzoek te doen naar het ontlaad-/oplaadgedrag van de elektroden en de oppervlaktekenmerken ervan. "Zodra we de kerntechnologieën van alle onderdelen van de batterij hebben beveiligd en gecombineerd, het zal mogelijk zijn om prototypes te gaan maken, ' zegt Shanmugam.