Ett team ledd av Cheong Ying Chan professor i teknik och miljö prof. ZHAO Tianshou, Ordförande professor i maskin- och rymdteknik och chef för HKUST Energy Institute, har föreslagit ett nytt katoddesignkoncept för litium-svavel (Li-S) batterier som avsevärt förbättrar prestandan hos denna typ av lovande nästa generations batteri.

Li-S-batterier anses vara attraktiva alternativ till litiumjonbatterier (Li-ion) som vanligtvis används i smartphones, elektriska fordon, och drönare. De är kända för sin höga energitäthet samtidigt som deras huvudkomponent, svavel, är riklig, ljus, billig, och miljövänligt.

Li-S-batterier kan potentiellt erbjuda en energitäthet på över 500 Wh/kg, betydligt bättre än Li-ion-batterier som når sin gräns vid 300 Wh/kg. Den högre energitätheten innebär att den ungefärliga räckvidden på 400 km för ett elfordon som drivs av Li-ion-batterier kan utökas avsevärt till 600-800 km om det drivs med Li-S-batterier.

Även om spännande resultat på Li-S-batterier har uppnåtts av forskare över hela världen, Det finns fortfarande ett stort gap mellan labbforskning och kommersialisering av teknologin i industriell skala. En nyckelfråga är polysulfid-skytteleffekten av Li-S-batterier som orsakar progressivt läckage av aktivt material från katoden och litiumkorrosion, vilket resulterar i en kort livscykel för batteriet. Andra utmaningar inkluderar att minska mängden elektrolyt i batteriet samtidigt som batteriets prestanda är stabil.

För att ta itu med dessa problem, Prof. Zhaos team samarbetade med internationella forskare för att föreslå ett katoddesignkoncept som skulle kunna uppnå bra Li-S-batteriprestanda.

Den mycket orienterade makroporösa värden kan likformigt ta emot svavlet medan rikligt med aktiva platser är inbäddade i värden för att tätt absorbera polysulfiden, eliminerar skytteleffekten och litiummetallkorrosion. Genom att ta upp en designprincip för svavelkatod i Li-S-batterier, det gemensamma teamet ökade batteriernas energitäthet och tog ett stort steg mot industrialiseringen av batterierna.

"Vi är fortfarande mitt i grundforskningen inom detta område, " sa prof. Zhao. "Men, vårt nya elektroddesignkoncept och det tillhörande genombrottet i prestanda representerar ett stort steg mot den praktiska användningen av ett nästa generations batteri som är ännu kraftfullare och mer hållbart än dagens litiumjonbatterier."