Litiumjonbatteriteknologi (LIB) är en av de viktigaste mobila strömkällorna för bärbara datorer, kameror, och smarta telefoner. Dock, den nuvarande energitätheten för LIB närmar sig den teoretiska gränsen, vilket understryker det akuta behovet av nya batterisystem med hög energidensitet. Bland lagringssystemen med hög energidensitet, litium-svavelbatterier, med energitäthet på 2600 Wh kg -1 (nästan 3 ~ 5 gånger än de traditionella LIB:erna), har potentialen att fungera som nästa generations högenergibatterier. Svavel har en mycket låg elektrisk ledningsförmåga på 5x10 -30 S cm-1 vid rumstemperatur. Därför, 30-70 vikt. procent ledande material, t.ex. kolnanorör, grafen, poröst kol, och ledande polymerer, måste tillsättas i elektroden för högt utnyttjande av svavel vid nuvarande processteknik. Tillsatsen av nanokolmaterial med låg staplingsdensitet neutraliserar den höga energitätheten, speciellt den volymetriska energitätheten för litium-svavelbatterier.
Forskare i Prof. Qiang Zhangs grupp från Tsinghua University i Peking har utvecklat en ny strategi för att öka svavelbelastningsmängden upp till 90 viktprocent i katodmaterial baserat på en inriktad CNT/S-ställning, vilket gynnar den ultrahöga volymetriska energitätheten hos litium-svavelbatterier. En volymetrisk kapacitet på 1116 mAh・cm-3 och en volymetrisk energitäthet på 434 Wh・L -1 uppnåddes baserat på volymen av den totala cellen, inklusive katod, nuvarande samlare, membran, anod, vilket var långt bortom litium-tunnfilmsbatteriet. Teamet har publicerat sina resultat i ett nyligen publicerat nummer av Nanoenergi (2014, 4, 65-72).
"Utformningen av svavelkatodmaterial för litiumsvavelbatterier med hög volymetrisk energitäthet är avgörande för praktiska tillämpningar, ", sa Qiang. "Vi valde justerade CNTs som den ultralätta ställningen eftersom de visar hierarkisk porös arkitektur, extremt hög elektrisk ledningsförmåga, Låg densitet, samt låg kostnad." Faktum är att sådana typer av inriktade CNT med en längd av 20-200 μm har massproducerats i en reaktor med fluidiserad bädd till en låg kostnad på mindre än 100 USD per kg -1 . "Dessa inriktade CNT kan lätt dispergeras i polymer med en ultralågt ledande perkolationströskel på 0,0025 viktprocent. Uppenbarligen, de kan också fungera som en högeffektiv ledningsställning för svavelmaterial." Prof. Fei Wei tillägger, "Vi har hittat en skalbar, rumstemperatur, enstegsmetod för tillverkning av en inriktad CNT/svavelkatod. Det sammansatta katodmaterialet har en ultrahög svavelhalt på 90 viktprocent och en hög densitet på 1,98 g cm -3 , vilket är 2 till 4 gånger den för den vanliga svavel/kolkompositkatoden. Därför, den volymetriska energitätheten för denna forskning är långt över det rapporterade resultatet."
Som prof. Zhang påpekar, detta tillvägagångssätt kastar lite ljus över att bygga litium-svavelbatterier med hög volymetrisk energitäthet genom att använda en högdensitetskompositkatod med hög svavelbelastning. Framtida arbete med utveckling av litiumsvavelbatterier kan fokusera på strategin att lindra pendeleffekten och undertrycka litiumdendriterna, och ytterligare förbättring av gravimetrisk och volymetrisk energitäthet för elektrokemiska system av litium-svavel.
