Een team onder leiding van Cheong Ying Chan Professor of Engineering and Environment Prof. ZHAO Tianshou, Voorzitter hoogleraar Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en directeur van HKUST Energy Institute, heeft een nieuw kathodeontwerpconcept voor lithium-zwavel (Li-S) -batterijen voorgesteld dat de prestaties van dit soort veelbelovende batterij van de volgende generatie aanzienlijk verbetert.

Li-S-batterijen worden beschouwd als aantrekkelijke alternatieven voor lithium-ion (Li-ion) batterijen die veel worden gebruikt in smartphones, elektrische voertuigen, en drones. Ze staan ​​bekend om hun hoge energiedichtheid, terwijl hun belangrijkste component, zwavel, is overvloedig, licht, goedkoop, en milieuvriendelijk.

Li-S-batterijen kunnen potentieel een energiedichtheid bieden van meer dan 500 Wh/kg, aanzienlijk beter dan Li-ion-batterijen die hun limiet van 300 Wh/kg bereiken. De hogere energiedichtheid betekent dat het rijbereik van ongeveer 400 km van een elektrisch voertuig aangedreven door Li-ion-batterijen aanzienlijk kan worden uitgebreid tot 600-800 km als het wordt aangedreven door Li-S-batterijen.

Hoewel door onderzoekers over de hele wereld opwindende resultaten zijn bereikt met Li-S-batterijen, er is nog steeds een grote kloof tussen laboratoriumonderzoek en commercialisering van de technologie op industriële schaal. Een belangrijk probleem is het polysulfide-shuttle-effect van Li-S-batterijen dat progressieve lekkage van actief materiaal van de kathode en lithiumcorrosie veroorzaakt, wat resulteert in een korte levensduur van de batterij. Andere uitdagingen zijn onder meer het verminderen van de hoeveelheid elektrolyt in de batterij terwijl de prestaties van de batterij stabiel blijven.

Om deze problemen aan te pakken, Het team van prof. Zhao werkte samen met internationale onderzoekers om een ​​kathodeontwerpconcept voor te stellen dat goede Li-S-batterijprestaties zou kunnen bereiken.

De sterk georiënteerde macroporeuze gastheer kan de zwavel uniform accommoderen, terwijl overvloedige actieve plaatsen in de gastheer zijn ingebed om het polysulfide stevig te absorberen, waardoor het shuttle-effect en lithiummetaalcorrosie worden geëlimineerd. Door een ontwerpprincipe voor zwavelkathode in Li-S-batterijen naar voren te brengen, het gezamenlijke team verhoogde de energiedichtheid van de batterijen en zette een grote stap in de richting van de industrialisatie van de batterijen.

"We zitten nog midden in fundamenteel onderzoek op dit gebied, " zei Prof. Zhao. "Echter, ons nieuwe ontwerpconcept voor elektroden en de bijbehorende doorbraak in prestaties vertegenwoordigen een grote stap in de richting van het praktische gebruik van een batterij van de volgende generatie die nog krachtiger en duurzamer is dan de huidige lithium-ionbatterijen."