DGIST-forskare förbättrar prestandan hos litium-luftbatterier, för oss närmare elbilar som kan använda syre för att köra längre innan de behöver laddas. I deras senaste studie, publiceras i tidskriften Tillämpad katalys B:Miljömässig , de beskriver hur de tillverkade en elektrod med nickelkoboltsulfid-nanoflingor på en svaveldopad grafen, vilket leder till ett batteri med lång livslängd med hög urladdningskapacitet.

"Körsträckan för elbilar som körs på litiumjonbatterier är cirka 300 kilometer, " säger kemisten Sangaraju Shanmugam från Koreas Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST). "Detta betyder att det är svårt att göra en rundresa mellan Seoul och Busan med dessa batterier. Detta har lett till forskning om litium-luftbatterier, på grund av deras förmåga att lagra mer energi och därmed ge längre körsträcka."

Men litium-luftbatterier står inför många utmaningar innan de kan kommersialiseras. Till exempel, de laddar inte ur energi lika snabbt som litiumjonbatterier, vilket innebär att en elbil med ett litium-luftbatteri kan resa längre utan att behöva laddas, men du måste köra väldigt långsamt. Dessa batterier är också mindre stabila och skulle behöva bytas ut oftare.

Shanmugam och hans kollegor fokuserade sin forskning på att förbättra kapaciteten hos litium-luftbatterier för att katalysera reaktionerna mellan litiumjoner och syre, som underlättar energifrisättning och laddningsprocessen.

Batterier har två elektroder, en anod och en katod. Reaktionerna mellan litiumjoner och syre sker vid katoden i ett litium-luftbatteri. Shanmugam och hans team utvecklade en katod gjord av nanoflingor av nickelkoboltsulfid placerade på en porös grafen som var dopad med svavel.

Deras batteri visade en hög urladdningskapacitet samtidigt som de bibehöll sin batteriprestanda i över två månader utan att kapaciteten minskade.

Batteriets framgång beror på flera faktorer. De olika stora porerna i grafenet gav en stor mängd utrymme för de kemiska reaktionerna att inträffa. Liknande, nickelkoboltsulfidkatalysatorflingorna har rikligt med aktiva ställen för dessa reaktioner. Flingorna bildar också ett skyddande lager som ger en mer robust elektrod. Till sist, dopning av grafen med svavel och sammankopplingen av dess porer förbättrar transporten av elektriska laddningar i batteriet.

Teamet planerar sedan att arbeta med att förbättra andra aspekter av litium-luftbatteriet genom att bedriva forskning om att förstå elektrodernas urladdnings-/laddningsbeteende och dess ytegenskaper. "När vi har säkrat kärntekniken för alla delar av batteriet och kombinerat dem, det kommer att vara möjligt att börja tillverka prototyper, " säger Shanmugam.