Os cátodos à base de silício estabilizam as células Li-S. Efeito: mais de 2 ciclos de carga em vez de várias dezenas

Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Daegu (DGIST, Coréia do Sul) desenvolveram um cátodo à base de silício que deve suportar mais de 2 ciclos de carga em células Li-S. Células clássicas de íons de lítio usam silício puro nos ânodos para complementar e substituir gradualmente o grafite. O óxido de silício foi usado aqui e o dióxido de silício foi usado no cátodo.

Célula Li-S = ânodo de lítio, cátodo de dióxido de silício com enxofre

As células Li-S são consideradas interessantes devido à sua alta densidade de energia, peso e baixo custo de fabricação. No entanto, ninguém ainda conseguiu criar uma versão que resistisse a mais de várias dezenas de ciclos de carregamento. Tudo devido aos polissulfetos de lítio (LiPS), que se dissolvem no eletrólito durante a descarga e reagem com o ânodo, reduzindo sua capacidade e, por consequência, destruindo a bateria.

É possível que pesquisadores sul-coreanos tenham encontrado uma solução para o problema. Em vez de materiais à base de carbono (como grafite), eles usaram o cátodo. estrutura lamelar de sílica mesoporosa (POMS).

A estrutura lamelar é compreensível, enquanto a mesoporosidade se refere ao acúmulo de poros (cavidades) na sílica que possuem tamanho alvo, densidade de área e dispersão de tamanho pequeno (fonte). É um pouco como cutucar placas adjacentes de algum tipo de silicato regularmente para fazer uma peneira.

Os cientistas do DGIST usaram esses buracos para depositar enxofre neles (Figura a). Durante a descarga, o enxofre se dissolve e forma polissulfetos de lítio (LiPS) com o lítio. Assim, a carga flui, mas o LiPS permanece preso perto do cátodo devido ao fator de carbono indefinido adicional (estrutura preta, figura b).

Durante o carregamento, o LiPS libera lítio, que retorna ao ânodo de lítio. Por outro lado, o enxofre é convertido em sílica. Nenhum vazamento de LiPS para o ânodo, nenhum dano de metal.

A bateria Li-S criada desta forma mantém alta capacidade e estabilidade por mais de 2 ciclos de trabalho. Pelo menos 500-700 ciclos de operação são considerados padrão para células clássicas de íon de lítio, embora deva ser adicionado que células de íon de lítio bem processadas podem suportar vários milhares de ciclos.