13:39 2024-03-21 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ O abordare pentru proiectarea bateriilor cu sulf de litiu de mare putere

_ O abordare a designului baterii cu sulf litiu de mare putere

Bateriile cu sulf litiu (Li–S) sunt o alternativă promițătoare la bateriile litiu-ion (LiBs), cea mai comună tehnologie de baterii reîncărcabile. Deoarece sulful este abundent pe Pământ, aceste baterii ar putea fi mai ieftine și mai ecologice decât LiB-urile, în timp ce pot prezenta și densități de energie mai mari.

În ciuda acestor avantaje, utilizarea bateriilor Li-S a fost până acum limitată. , deoarece multe dintre aceste baterii au, de asemenea, un ciclu de viață scăzut și o rată mare de auto-descărcare. În plus, densitatea mare de energie estimată a bateriilor Li–S devine adesea mult mai mică atunci când sunt în aplicații reale, datorită ratelor mari la care se încarcă și se descarcă.

O reacție chimică care joacă un rol central în asigurarea capacității mari a bateriilor Li–S este așa-numita reacție de reducere a sulfului (SRR). Această reacție a fost studiată pe scară largă, dar tendințele sale cinetice la rate de curent ridicate rămân prost înțelese.

Cercetătorii de la Universitatea din Adelaide, Universitatea Tianjin și Australian Synchrotron au efectuat recent un studiu menit să delimiteze tendința cinetică a SRR, pentru a informa dezvoltarea viitoare a bateriilor Li-S de mare putere. Lucrarea lor, publicată în Nature Nanotechnology, introduce, de asemenea, un electrocatalizator de carbon nanocompozit care s-a dovedit a crește performanța bateriilor Li–S, atingând o reținere a capacității de descărcare de aproximativ 75%.

„Activitatea electrocatalizatorilor pentru reacția de reducere a sulfului (SRR) poate fi reprezentată folosind diagrame vulcanilor, care descriu tendințe termodinamice specifice”, au scris Huan Li, Rongwei Meng și colegii lor în lucrarea lor. „Cu toate acestea, o tendință cinetică care descrie SRR la rate de curent ridicate nu este încă disponibilă, limitând înțelegerea variațiilor cinetice și împiedicând dezvoltarea bateriilor Li||S de mare putere. Folosind principiul lui Le Chatelier ca ghid, stabilim un Tendința cinetică SRR care corelează concentrațiile de polisulfură cu curenții cinetici.”

Pentru a examina în continuare tendința cinetică a SRR la curenți mari, cercetătorii au colectat, de asemenea, măsurători de spectroscopie de adsorbție de raze X cu sincrotron și au efectuat diverse calcule orbitale moleculare. În general, rezultatele lor sugerează că ocuparea orbitală în catalizatorii bazați pe metale de tranziție este legată de concentrația de polisulfură din baterii și, în consecință, și de predicțiile cinetice SRR.

Pe baza tendinței cinetice pe care au delimitat-o, Li, Meng și colaboratorii lor au proiectat un nou electrocatalizator nanocompozit compus dintr-un material pe bază de carbon și clustere de CoZn. Apoi au integrat acest catalizator într-o celulă de baterie Li–S și i-au testat performanța, concentrându-se pe ratele de încărcare-descărcare.

„Când electrocatalizatorul este utilizat într-un electrod pozitiv pe bază de sulf (5 mg cm−). 2 din încărcarea S), pila monedă Li||S corespunzătoare (cu un raport de masă electrolit:S de 4,8) poate fi ciclată pentru 1.000 de cicluri la 8°C (adică 13,4 A gS−1, pe baza masei de sulf) și 25°C”, au scris cercetătorii.

„Această celulă demonstrează o reținere a capacității de descărcare de aproximativ 75% (capacitate finală de descărcare de 500 mAh gS−1) corespunzătoare unei puteri specifice inițiale de 26.120 W kgS−1 și energie specifică de 1.306 Wh kgS−1.”

În general, studiul recent realizat de Li, Meng și colegii lor arată că concentrațiile crescute de polisulfură promovează o cinetică SRR mai rapidă; astfel, catalizatorii care măresc concentrația de polisulfură ar putea accelera această reacție. Acest rezultat a fost validat atât prin calcule teoretice, cât și prin măsurători experimentale.

Pe baza observațiilor lor, cercetătorii au introdus deja un electrocatalizator care s-a descoperit că îmbunătățește reținerea capacității și stabilitatea ciclică a unei baterii Li-S. În viitor, munca lor ar putea inspira proiectarea altor catalizatori promițători, contribuind potențial la dezvoltarea de noi tehnologii de baterii Li–S de mare putere.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)

Inapoi