Všesolidní lithno-sirné baterie ukazují zlepšený výkon s porézními uhlíkovými nanotrubkami

Výzkumníci z Qingdaoského institutu bioenergie a bioprocesní technologie (QIBEBT) Čínské akademie věd zaznamenali významný pokrok v zlepšování výkonu všesolidních lithno-sirných baterií (ASSLSB). Tyto baterie jsou považovány za slibné řešení energetického skladování příští generace díky své vysoké energetické hustotě, bezpečnosti a nízké ceně.

Výzkumníci se zaměřili na inženýrství vad a zlepšení výkonu ASSLSB. Do ASSLSB vytvořili kompozitní katody pomocí porézních uhlíkových nanotrubek (P-CNTs), které sloužily jako sírové matrice. P-CNTs se chovaly jako mediátor a vytvořily stabilní trojfázový systém mezi sírou, P-CNTs a pevným elektrolytem s iontovým vodičem (SSE) Li6PS5Cl.

Zvýšením aktivních míst a návrhem vad na povrchu P-CNTs byla síra rovnoměrně zapouzdřena jak na vnitřních, tak na vnějších površích aktivovaných P-CNTs. Tato optimalizace zlepšila reakční aktivitu a stabilitu sírové katody v ASSLSB zvýšením transportních sítí iontů a elektronů.

Výzkumníci zjistili, že migrace lithných iontů na rozhraní mezi P-CNTs a pevným elektrolytem byla snazší, což přispělo k zvýšené koulombické účinnosti a cyklické stabilitě ASSLSB.

ASSLSB s katodami založenými na S@P-CNTs vykazovaly kapacitu 1,099.2 mA h g-1 při hustotě proudu 1.34 mA cm-2 a zatížení sírou 1.5 mg cm-2. Tyto baterie udržely 70,4 % své počáteční kapacity po dobu 1,400 cyklů.

Navíc, pevný elektrolyt vyvinutý výzkumnou skupinou prokázal dobrý výkon při nabíjení a vybíjení baterií i při teplotách až -40 °C. Měkké pevné baterie (ASSBs) s použitím tohoto elektrolytu udržely 82,7 % kapacity po cyklování 3,000 krát při teplotě 25 °C a 0,5 °C, čímž efektivně vyřešily otázku životnosti spojenou s síranovými bateriemi ASSBs.

Tento průlom v inženýrství vad a stabilitě rozhraní aktivovaných uhlíkových nanotrubek poskytuje novou strategii pro zlepšení výkonu ASSLSB. Výzkum byl publikován v časopise ACS Applied Materials & Interfaces.

Zdroj:
Cheng Wang a kol., Synergistické inženýrství vad a stabilita rozhraní aktivovaných uhlíkových nanotrubek umožňující extrémně dlouhou životnost všesolidních lithno-sirných baterií, ACS Applied Materials & Interfaces (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c07249

Poskytnuto čínskou akademií věd.