실리콘 기반 음극은 Li-S 셀을 안정화합니다. 효과: 수십 번이 아닌 2번 이상의 충전 주기

대구과학기술원(DGIST, 한국)의 과학자들은 리튬-황 전지에서 2회 이상의 충전 주기를 견딜 것으로 예상되는 실리콘 기반 음극을 개발했습니다. 고전적인 리튬 이온 전지는 양극에 순수한 실리콘을 사용하여 흑연을 보완하고 점진적으로 대체합니다. 여기에는 산화규소가 사용되었고 음극에는 이산화규소가 사용되었습니다.

Li-S 셀 = 리튬 양극, 실리카 황 음극

Li-S 전지는 높은 에너지 밀도, 무게 및 낮은 생산 비용으로 인해 흥미로운 것으로 간주됩니다. 그러나 아직 수십 회 이상의 충전 주기를 견딜 수 있는 버전을 만든 사람은 아무도 없습니다. 이는 방전 중에 전해질에 용해되어 양극과 반응하여 용량을 감소시키고 결과적으로 배터리를 파괴하는 폴리황화리튬(LiPS) 때문입니다.

한국 연구자들이 문제의 해결책을 찾았을 가능성도 있다. 탄소 기반 재료(예: 흑연) 대신 음극에 사용되었습니다. 메조다공성 실리카(POMS)의 라멜라 구조.

라멜라 구조는 이해되는 반면, 메조다공성은 계획된 크기, 표면 밀도 및 작은 크기 분산(출처)을 갖는 실리카에 기공(공동)이 축적되는 것을 의미합니다. 이는 체를 만들기 위해 규칙적으로 규산염 판을 서로 옆에 뚫는 것과 조금 비슷합니다.

DGIST 과학자들은 이 구멍을 이용해 황을 침전시켰다(그림 a). 방전 중에 황은 용해되어 리튬과 함께 다황화리튬(LiPS)을 형성합니다. 따라서 전하는 흐르지만 추가로 정의되지 않은 탄소 인자로 인해 LiPS는 음극 근처에 갇혀 있는 상태로 유지됩니다(검은색 구조, 그림 b).

충전 중에 LiPS는 리튬을 방출하고 이는 리튬 양극으로 반환됩니다. 반면에 유황은 실리카로 변합니다. 양극으로의 LiPS 누출이 없고 금속 손상이 없습니다.

이렇게 만들어진 Li-S 배터리는 2회 이상의 작동 주기 동안 높은 용량과 안정성을 유지합니다. 잘 처리된 리튬 이온 셀은 수천 사이클을 견딜 수 있다는 점을 덧붙일 가치가 있지만, 최소 500~700회의 작동 사이클이 클래식 리튬 이온 셀의 표준으로 간주됩니다.