Lithium-zwavel (Li-S) batterijen, die zwavel gebruiken als kathode en metallisch lithium als anodematerialen, zijn alom genomineerd als een van de meest veelbelovende elektrochemische opslagsystemen van de volgende generatie vanwege de lage kosten en de hoge theoretische capaciteit. Echter, het oplossen van zijn gelithieerde product (lithiumpolysulfiden) in de elektrolyt beperkt de praktische toepassing van lithiumzwavelbatterijen, uiteindelijk resulterend in slechte cyclusprestaties en andere nadelen, zoals snelle capaciteitsvervaging.

Een recente studie, aangesloten bij UNIST heeft een verrassende ontdekking gedaan die dit probleem zou kunnen oplossen. In de studie, gepubliceerd in het nummer van 27 juli van de Tijdschrift van de American Chemical Society (JACS) , het onderzoeksteam toonde aan dat zwaveldeeltjes hermetisch kunnen worden ingekapseld door gebruik te maken van de unieke eigenschappen van tweedimensionale materialen, zoals molybdeendisulfide (MoS ₂ ). Deze doorbraak is geleid door professor Hyun-Wook Lee in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST in samenwerking met een onderzoeksteam, gevestigd in Singapore.

De MoS?-coating helpt lekkage en sublimatie van zwavel in een hoogvacuümomgeving te voorkomen, maar er is weinig in situ transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) observatie en begrip van dit nieuwe materiaal in de batterijen in Singapore geweest. Om de volume-uitbreiding van MoS . te evalueren ₂ - ingekapselde holle zwavelbolletjes, Professor Lee en zijn team voerden in situ TEM-onderzoek uit naar het zwavellithiëringsproces in het onderzoek.

"Singapore heeft momenteel geen in-situ TEM-specialisten, " zegt professor Lee, een van de weinige in-situ TEM-specialisten ter wereld. "Onze resultaten bieden waardevol inzicht in de lithiëringschemie van zwavel op nanoschaal."

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een beeldvormingstechniek die direct onderzoek mogelijk maakt van de intieme structurele details van een grote verscheidenheid aan nanomaterialen, met name op koolstof gebaseerde nanomaterialen, inclusief grafeen. Ze zijn kostbaar, groot, omslachtige instrumenten die een aanzienlijke hoeveelheid training en gespecialiseerde vaardigheden vereisen. Dit belemmert de real-time observatie in situ van de laad-ontlaadcyclus van Li-S-batterijen.

Professor Lee werd een expert op dit gebied na de eerste blootstelling aan TEM tijdens zijn tijd bij KAIST. Aan de Stanford-universiteit, als postdoctoraal onderzoeker, hij werkte dag en nacht, worstelen met TEM. Die ervaringen hebben hem in staat gesteld om succesvol te werken met en te voldoen aan de eisen van de lithium-ionbatterijmarkt voor het bouwen van betere batterijen.

"TEM is een indrukwekkend krachtig microscopisch hulpmiddel dat vandaag bestaat, in staat om hoge resolutie te produceren, gedetailleerde afbeeldingen één nanometer groot, " zegt professor Lee. "Mijn ervaring in het omgaan met TEM aan zowel KAIST als Stanford University heeft me geleid en gevoed om een ​​in-situ TEM-expert te worden."