シリコンベースのカソードは、Li-S セルを安定させます。効果: 数十ではなく 2 回以上の充電サイクル

大邱科学技術研究所 (DGIST、韓国) の科学者は、Li-S セルで 2 回以上の充電サイクルに耐えることが期待されるシリコンベースのカソードを開発しました。従来のリチウムイオン電池は、アノードに純粋なシリコンを使用してグラファイトを補完し、徐々に置き換えます。ここでは酸化ケイ素を使用し、カソードには二酸化ケイ素を使用しました。

Li-S セル = リチウムアノード、硫黄を含む二酸化ケイ素カソード

Li-S 電池は、エネルギー密度が高く、重量があり、製造コストが低いため、興味深いと考えられています。しかし、これまでのところ、数十回以上の充電サイクルに耐えられるようなバージョンを作成できた人は誰もいません。すべては多硫化リチウム (LiPS) が原因で、放電中に電解液に溶解し、アノードと反応して容量が減少し、その結果バッテリーが破壊されます。

韓国の研究者がこの問題の解決策を見つけた可能性がある。炭素ベースの材料（グラファイトなど）の代わりに、彼らはカソードに使用しました。 メソポーラスシリカ（POMS）のラメラ構造.

ラメラ構造は理解されていますが、メソ多孔性は、計画されたサイズ、面密度、およびサイズの分散がほとんどない（ソース）シリカ内の細孔（空洞）の蓄積を意味します。これは、ある種のケイ酸塩の板を並べて定期的に穴を開けてふるいを作るのと似ています。

DGIST の科学者は、これらの穴を使用して硫黄を堆積させました (図 a)。放電中に硫黄が溶解し、リチウムとともに多硫化リチウム (LiPS) を形成します。したがって、電荷は流れますが、追加の未確定の炭素因子により、LiPS はカソード近くにトラップされたままになります (黒色の構造、図 b)。

充電中、LiPS はリチウムを放出し、リチウムはリチウムアノードに戻されます。一方、硫黄はシリカに入ります。アノードへの LiPS の漏れや金属の損傷はありません。

この方法で作成された Li-S バッテリーは、2 動作サイクルを超えて高い容量と安定性を維持します。従来のリチウムイオン電池の標準は少なくとも 500 ～ 700 サイクルの動作であると考えられていますが、適切に処理されたリチウムイオン電池は数千サイクルに耐えられることを付け加えておきます。