I catodi a base di silicio stabilizzano le celle Li-S. Effetto: più di 2 cicli di carica invece di diverse dozzine

Gli scienziati del Daegu Institute of Science and Technology (DGIST, Corea del Sud) hanno sviluppato un catodo a base di silicio che dovrebbe resistere a più di 2 cicli di carica nelle celle Li-S. Le classiche celle agli ioni di litio utilizzano silicio puro negli anodi per integrare e sostituire gradualmente la grafite. Qui è stato utilizzato ossido di silicio e nel catodo è stato utilizzato biossido di silicio.

Cella Li-S = anodo di litio, catodo di biossido di silicio con zolfo

Le celle Li-S sono considerate interessanti a causa della loro elevata densità di energia, peso e basso costo di produzione. Tuttavia, nessuno è ancora riuscito a creare una versione in grado di resistere a più di diverse dozzine di cicli di ricarica. Tutto a causa dei polisolfuri di litio (LiPS), che si dissolvono nell'elettrolita durante la scarica e reagiscono con l'anodo, riducendone la capacità e, di conseguenza, distruggendo la batteria.

È possibile che i ricercatori sudcoreani abbiano trovato una soluzione al problema. Invece di materiali a base di carbonio (come la grafite), hanno usato il catodo. struttura lamellare della silice mesoporosa (POMS).

La struttura lamellare è comprensibile, mentre la mesoporosità si riferisce all'accumulo di pori (cavità) nella silice che hanno dimensione pianificata, densità areale e dispersione di piccole dimensioni (sorgente). È un po' come se si frugasse regolarmente tra le piastre adiacenti di qualche tipo di silicato per fare un setaccio.

Gli scienziati del DGIST hanno usato questi fori per depositarvi zolfo (Figura a). Durante lo scarico, lo zolfo si dissolve e forma polisolfuri di litio (LiPS) con il litio. Pertanto, la carica scorre, ma il LiPS rimane intrappolato vicino al catodo a causa del fattore di carbonio aggiuntivo indefinito (struttura nera, figura b).

Durante la ricarica, LiPS rilascia litio, che viene restituito all'anodo di litio. D'altra parte, lo zolfo viene convertito in silice. Nessuna perdita LiPS all'anodo, nessun danno al metallo.

La batteria Li-S così creata mantiene elevata capacità e stabilità per più di 2 cicli di lavoro. Almeno 500-700 cicli di funzionamento sono considerati standard per le classiche celle agli ioni di litio, anche se va aggiunto che le celle agli ioni di litio ben lavorate possono resistere a diverse migliaia di cicli.