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Gli scienziati usano lo zucchero per aumentare di cinque volte la capacità di una batteria al litio-zolfo

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Un team di ricerca della Monash University australiana ha sviluppato con successo un nuovo approccio per la produzione di batterie al litio-zolfo.

Pertanto, una cella con uno strato di zucchero ottenuto con un nuovo metodo ha dimostrato una capacità di 700 mA / h per grammo e allo stesso tempo è sopravvissuta facilmente a 1000 cicli di scarica / carica. Questo nuovo sviluppo sarà discusso nell'articolo corrente.

Gli scienziati usano lo zucchero per aumentare di cinque volte la capacità di una batteria al litio-zolfo

Le batterie al litio-zolfo e i loro problemi

In teoria, gli assemblaggi di batterie al litio-zolfo presentano una serie di vantaggi distinti rispetto alle comuni batterie agli ioni di litio. Quindi, secondo i calcoli, le batterie allo zolfo sono in grado di immagazzinare da due a cinque volte più energia senza utilizzare impurità da metalli costosi.

Ma le batterie al litio-zolfo si deteriorano molto rapidamente. E tutto a causa del fatto che l'elettrodo di zolfo positivo sta attraversando attivamente la fase di espansione e contrazione durante il funzionamento e l'accensione per questo motivo, diventa rapidamente inutilizzabile e l'elettrodo negativo si contamina rapidamente con vari composti zolfo.

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Gli ingegneri hanno cercato di risolvere questo problema per un po' di tempo e l'anno scorso gli scienziati della Monash University hanno parzialmente risolto il problema delle batterie al litio-zolfo. Un agente dedicato è stato progettato per fornire spazio aggiuntivo vicino all'elettrodo positivo, dandogli così più spazio per espandersi.

Studio dell'adsorbimento di polisolfuri. Prove di adsorbimento nel campo UV - visibile. a) Isolamento di polisolfuro con glucosio in soluzione elettrolitica DOL/DME; b) UV - spettro visibile di Li2S6 con glucosio in una soluzione elettrolitica DOL/DME dopo un certo tempo; c) Confronto dell'adsorbimento di LiPS tra CMC e glucosio. d), e) illustrazione dell'evoluzione del polisolfuro in presenza di polisolfuro di litio ad alta concentrazione; f) spettri Raman delle sospensioni e g) spettri FTIR dei solidi lavati. www.nature.com
Studio dell'adsorbimento di polisolfuri. Prove di adsorbimento nel campo UV - visibile. a) Isolamento di polisolfuro con glucosio in soluzione elettrolitica DOL/DME; b) UV - spettro visibile di Li2S6 con glucosio in una soluzione elettrolitica DOL/DME dopo un certo tempo; c) Confronto dell'adsorbimento di LiPS tra CMC e glucosio. d), e) illustrazione dell'evoluzione del polisolfuro in presenza di polisolfuro di litio ad alta concentrazione; f) spettri Raman delle sospensioni e g) spettri FTIR dei solidi lavati. www.nature.com

Di conseguenza, il team è riuscito a ottenere una batteria al litio-zolfo, in grado di resistere a circa 200 cicli di scarica/carica.

Naturalmente, la capacità di resistere a 200 cicli non è ciò che consentirà alle batterie al litio e zolfo di conquistare la loro nicchia nel mercato globale delle batterie. Pertanto, gli ingegneri hanno continuato a lavorare attivamente su ulteriori miglioramenti e a lavorare sul problema dell'elettrodo negativo.

Nel corso di numerosi esperimenti, gli ingegneri hanno rivolto la loro attenzione al fatto che l'uso dello zucchero in la struttura a maglia dell'elettrodo svolge il ruolo di stabilizzatore di zolfo e non gli consente di muoversi e coprire il litio elettrodo.

Studio microstrutturale, mappatura elementare e rappresentazione schematica di un elettrodo di zolfo con vari sistemi leganti. www.nature.com
Studio microstrutturale, mappatura elementare e rappresentazione schematica di un elettrodo di zolfo con vari sistemi leganti. www.nature.com

E ulteriori esperimenti hanno dimostrato che una tale disposizione della batteria ha resistito con successo a circa 1000 cicli. scarica / carica, e allo stesso tempo la batteria ha mostrato una capacità residua maggiore rispetto a simili batterie agli ioni di litio. E in questo caso, per la produzione di una nuova batteria, non è necessario utilizzare metalli dannosi per l'ambiente (che sono ancora piuttosto costosi).

Prospettive per una nuova batteria

Mentre il lavoro sulla nuova batteria al litio-zolfo è ancora in corso, gli ingegneri lo stanno già suggerendo nel prossimo decennio, le nuove batterie troveranno un uso attivo in autobus elettrici, camion e altro macchine.

Inoltre, le batterie al litio-zolfo possono essere utilizzate anche nei droni per corrieri e nelle attrezzature agricole senza equipaggio e, in futuro, nell'elettronica di consumo.

Bene, vediamo cosa ottengono effettivamente gli specialisti australiani.

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