Katoda berbasis silikon menstabilkan sel Li-S. Efek: lebih dari 2 siklus pengisian daya, bukan beberapa lusin

Ilmuwan dari Institut Sains dan Teknologi Daegu (DGIST, Korea Selatan) telah mengembangkan katoda berbasis silikon yang diharapkan dapat menahan lebih dari 2 siklus pengisian daya dalam sel Li-S. Sel lithium-ion klasik menggunakan silikon murni di anoda untuk melengkapi dan secara bertahap menggantikan grafit. Silikon oksida digunakan di sini, dan silikon dioksida digunakan di katoda.

Sel Li-S = anoda litium, katoda silikon dioksida dengan belerang

Sel Li-S dianggap menarik karena kepadatan energi yang tinggi, berat dan biaya produksi yang rendah. Namun, belum ada yang berhasil membuat versi yang tahan lebih dari beberapa lusin siklus pengisian daya. Semua karena lithium polisulfida (LiPS), yang larut dalam elektrolit selama pelepasan dan bereaksi dengan anoda, mengurangi kapasitasnya dan, sebagai akibatnya, menghancurkan baterai.

Ada kemungkinan bahwa para peneliti Korea Selatan telah menemukan solusi untuk masalah tersebut. Alih-alih bahan berbasis karbon (seperti grafit), mereka menggunakan katoda. struktur pipih silika mesopori (POMS).

Struktur pipih dapat dipahami, sedangkan mesoporositas mengacu pada akumulasi pori-pori (rongga) dalam silika yang memiliki ukuran target, kerapatan area, dan dispersi ukuran kecil (sumber). Ini sedikit seperti menusuk pelat yang berdekatan dari beberapa jenis silikat secara teratur untuk membuat saringan.

Ilmuwan DGIST menggunakan lubang ini untuk menyimpan belerang di dalamnya (Gambar a). Selama pelepasan, belerang larut dan membentuk lithium polisulfida (LiPS) dengan lithium. Dengan demikian, muatan mengalir, tetapi LiPS tetap terperangkap di dekat katoda karena faktor karbon tambahan yang tidak ditentukan (struktur hitam, gambar b).

Selama pengisian, LiPS melepaskan litium, yang dikembalikan ke anoda litium. Di sisi lain, belerang diubah menjadi silika. Tidak ada kebocoran LiPS ke anoda, tidak ada kerusakan logam.

Baterai Li-S yang dibuat dengan cara ini mempertahankan kapasitas dan stabilitas tinggi selama lebih dari 2 siklus kerja. Setidaknya 500-700 siklus operasi dianggap standar untuk sel Li-ion klasik, meskipun harus ditambahkan bahwa sel lithium-ion yang diproses dengan baik dapat bertahan beberapa ribu siklus.