Els càtodes basats en silici estabilitzen les cèl·lules Li-S. Efecte: més de 2 cicles de càrrega en lloc de diverses dotzenes

Científics de l'Institut de Ciència i Tecnologia de Daegu (DGIST, Corea del Sud) han desenvolupat un càtode basat en silici que s'espera que suporti més de 2 cicles de càrrega a les cèl·lules Li-S. Les cèl·lules clàssiques d'ions de liti utilitzen silici pur als ànodes per complementar i substituir gradualment el grafit. Aquí es va utilitzar òxid de silici i al càtode es va utilitzar diòxid de silici.

Cèl·lula Li-S = ànode de liti, càtode de diòxid de silici amb sofre

Les cèl·lules Li-S es consideren interessants per la seva alta densitat d'energia, pes i baix cost de fabricació. Tanmateix, ningú encara ha aconseguit crear una versió que suportés més de diverses desenes de cicles de càrrega. Tot a causa dels polisulfurs de liti (LiPS), que es dissolen a l'electròlit durant la descàrrega i reaccionen amb l'ànode, reduint-ne la capacitat i, com a resultat, destruint la bateria.

És possible que els investigadors de Corea del Sud hagin trobat una solució al problema. En lloc de materials basats en carboni (com el grafit), van utilitzar el càtode. estructura lamel·lar de sílice mesoporosa (POMS).

L'estructura lamel·lar és comprensible, mentre que la mesoporositat es refereix a l'acumulació de porus (cavitats) en sílice que tenen una mida objectiu, densitat d'àrea i dispersió de mida petita (font). És una mica com si es fiques regularment a través de plaques adjacents d'algun tipus de silicat per fer un garbell.

Els científics de la DGIST van utilitzar aquests forats per dipositar-hi sofre (figura a). Durant la descàrrega, el sofre es dissol i forma polisulfurs de liti (LiPS) amb el liti. Així, la càrrega flueix, però el LiPS roman atrapat a prop del càtode a causa del factor de carboni addicional no definit (estructura negra, figura b).

Durant la càrrega, LiPS allibera liti, que es retorna a l'ànode de liti. D'altra banda, el sofre es converteix en sílice. Sense fuites de llavis a l'ànode, sense danys metàl·lics.

La bateria Li-S creada d'aquesta manera conserva una gran capacitat i estabilitat durant més de 2 cicles de treball. Almenys 500-700 cicles de funcionament es consideren estàndard per a les cèl·lules clàssiques d'ions de liti, tot i que cal afegir que les cèl·lules d'ions de liti ben processades poden suportar diversos milers de cicles.