Полностью твердотельные литий-серные аккумуляторы (ASSLSBs) считаются одним из наиболее перспективных устройств хранения энергии следующего поколения благодаря высокой плотности энергии, высокой безопасности и низкой стоимости серы.
Недавно исследователи под руководством проф. Ву Цзяньфэй (Wu Jianfei) из Циндаоского института биоэнергетики и технологии биопроцессов (QIBEBT) Китайской академии наук совершил прорыв в разработке дефектов и повышении производительности ASSLSBs.
Они приготовили пористые углеродные нанотрубки (P-УНТ), которые используются в качестве серосодержащей матрицы, образуя композитные катоды на основе S@ P-УНТ для ASSLSBs. P-УНТ действовали как медиатор и образовывали стабильную тройную фазу между серой, P-УНТ и твердотельным электролитом с ионным проводником (SSE) Li6PS5Cl. Исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces 18 августа.
Благодаря конструктивным дефектам и увеличению активных центров на поверхности P-УНТ сера была равномерно инкапсулирована на внутренней и внешней поверхностях активированных P-УНТ. Реакционная активность и стабильность серного катода в ASSLSB могут быть существенно улучшены за счет оптимизации сетей переноса ионов и электронов.
Исследователи доказали, что миграция ионов лития на границе раздела между P-УНТ и SE была более легкой, что способствовало повышению кулоновской эффективности и стабильности цикла ASSLSB.
Устройства ASSLSBs на основе S@P-CNTs демонстрировали производительность 1099,2 мАч г-1 при плотности тока 1,34 мАсм-2 и загрузке серы 1,5 мг/см-2 и поддерживали 70,4% от первоначальной производительности в течение 1400 циклов.
Разработанный группой SSE может обеспечить хорошую производительность зарядки и разрядки аккумуляторов даже при температуре ниже -40 °C. Емкость твердотельных аккумуляторов soft pack (ASSBS), использующих этот электролит, может достигать 82,7% после 3000 циклов при 25 °C и 0,5 °C, что изначально решает проблему срока службы сульфидных ASSBS.
“Наша работа обеспечивает новую стратегию микроструктурной инженерии углеродных материалов и модификации поверхности раздела для высокопроизводительных ASSLSBS”, – сказал профессор Ву.