När vårt samhälle och våra transportsystem blir alltmer elektrifierade, forskare över hela världen söker effektivare och högre kapacitetslagringssystem. Forskare vid KAUST har gjort ett viktigt bidrag genom att modifiera litium-svavel (Li-S) batterier för att undertrycka ett problem som kallas polysulfid shuttling.

"Flaskhalsen i utnyttjandet av förnybar energi, särskilt inom transport, är behovet av högdensitetsbatterier, "säger Eman Alhajji, Ph.D. student och första författare till forskningsrapporten.

Li-S-batterier har flera potentiella fördelar jämfört med de vanligaste typerna av batterier. De har en högre teoretisk energilagringskapacitet och svavel är ett icke -toxiskt element som är lätt tillgängligt i naturen. Svavel är också en restprodukt från den petrokemiska industrin, så det kunde fås relativt billigt samtidigt som hållbarheten för en annan industri ökas.

Polysulfidtransport innefattar förflyttning av svavelinnehållande mellanprodukter mellan katoden och anoden under batteriets kemiska processer. Detta försämrar allvarligt kapaciteten och laddningsförmågan hos Li-S-batteriteknologier som hittills har undersökts.

KAUST -teamets lösning är baserad på ett lager grafen. De gör detta genom att utsätta en polyimidpolymer för laserenergi i en process som kallas laserskrivning, skapa ett lämpligt strukturerat poröst material. En viktig egenskap är att materialet är hierarkiskt poröst i tre dimensioner, vilket betyder att den har en rad porer i olika storlekar. Kolpartiklar i nanostorlek tillsätts sedan och tas upp av porerna för att bilda slutprodukten.

Alhajji och hennes kollegor fann att placeringen av ett tunt lager av detta material mellan katoden och anoden på ett Li-S-batteri signifikant undertrycker polysulfidtransporten.

"Att göra detta fristående mellanlager bara några mikrometer tjockt var en utmaning, "säger Alhajji, lägga till, "Det var roligt att rulla det som lekdeg, men då var jag tvungen att hantera det på ett mycket skonsamt sätt, särskilt under batterimontage. "

Tills nu, de flesta alternativ som föreslås för att lösa problemet med polysulfidtransport har lidit av begränsningar som gör dem olämpliga för storskalig kommersiell tillämpning. I kontrast, den laserskrivna grafen som utvecklats vid KAUST produceras med en metod som forskarna beskriver som "skalbar och okomplicerad".

Alhajji vann 2021 Materials Research Society Best Poster Award baserat på hennes idé för att undertrycka transporten. "Det här är en riktigt utmanande tävling, "säger Alhajjis handledare Husam Alshareef, lägga till, "Bara en handfull studenter från Materials Science &Engineering -programmet på KAUST har vunnit detta pris."