Ett av litiumsvavel-myntbatterierna som utvecklas i Penn State's Energy Nanostructure Laboratory (E-Nano). Upphovsman:Patrick Mansell, Penn State
Vi har kommit långt från läckande svavel-syra bilbatterier, men moderna litiumbatterier har fortfarande några nedre sidor. Nu har ett team av Penn State-ingenjörer en annan typ av litiumsvavelbatteri som kan vara mer effektivt, billigare och säkrare.
"Vi demonstrerade denna metod i ett myntbatteri, sa Donghai Wang, docent i maskinteknik. "Men, Jag tror att den så småningom kan bli tillräckligt stor för mobiltelefoner, drönare och ännu större för elfordon."
Litiumsvavelbatterier borde vara en lovande kandidat för nästa generations laddningsbara batterier, men de är inte problemfria. För litium, effektiviteten i vilken avgiftsöverföringar är låg, och, litiumbatterier tenderar att växa fram dendriter - tunna förgrenade kristaller - vid laddning som inte försvinner när de laddas ur.
Forskarna undersökte en självbildad, flexibelt hybridfasskikt av fast elektrolyt som avsätts av både organosulfider och organopolysulfider med oorganiska litiumsalter. Forskarna rapporterar i dagens (11 oktober) nummer av Naturkommunikation att de organiska svavelföreningarna fungerar som mjukgörare i interfasskiktet och förbättrar lagrets mekaniska flexibilitet och seghet. Mellanfasskiktet gör att litium avsätts utan att dendriter växer. Coulombic-effektiviteten är cirka 99 procent över 400 laddningsurladdningscykler.
Litiumsvavel myntbatterier lagrade på en snabbladdare. Kredit:Patrick Mansell, Penn State
"Vi behöver någon form av barriär på litiumet i ett litiummetallbatteri, eller det reagerar med allt, " sa Wang.
Svavel är ett bra val eftersom det är billigt och ger batteriet hög laddningskapacitet, högre energitäthet så att ett litiumsvavelbatteri har mer energi. Dock, ett litiumsvavelbatteri bildar en oorganisk beläggning i batteriet som är skör och inte tål förändringar i volym. Det oorganiska svavelgränssnittet kan inte upprätthålla hög energi. I ett litiumsvavelbatteri, elektrolyten torkar upp och litiummassan korroderar. Litiumdendriterna som bildas kan skapa kortslutningar och andra säkerhetsrisker.
"Potentiellt kan vi fördubbla energitätheten för konventionella DC-batterier med litiumsvavelbatterier med detta hybridorganosulfid/organopolysulfid-gränssnitt, " sa Wang.
Donghai Wang, vänster, ser på som postdoktorand Guoxing Li sätter ihop ett litiumsvavelbatteri. Dr Wang övervakar Energy Nanostructure Laboratory vid Penn State Materials Research Lab. Hans arbete fokuserar på nanomaterialutveckling för ren energiteknik, som batterier, solceller, bränsleceller, och miljösanering. Upphovsman:Patrick Mansell, Penn State
De kan också skapa en säkrare, mer pålitligt batteri.
För att skapa sitt batteri använde forskarna en eterbaserad elektrolyt med svavelhaltiga polymertillsatser. Batteriet använder en svavelinfunderad kolkatod och en litiumanod. Det organiska svavlet i elektrolyten bildar själv mellanfasskikten.
Forskarna rapporterar att de "visar ett litium-svavelbatteri som uppvisar en lång cykellivslängd - 1000 cykler - och god kapacitetsbevarande.
