सिलिकॉन-आधारित कैथोड ली-एस कोशिकाओं को स्थिर करते हैं। प्रभाव: कई दर्जन के बजाय 2 से अधिक चार्ज चक्र

डेगू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (डीजीआईएसटी, दक्षिण कोरिया) के वैज्ञानिकों ने एक सिलिकॉन-आधारित कैथोड विकसित किया है जो ली-एस कोशिकाओं में 2 से अधिक चार्ज चक्रों का सामना करने की उम्मीद है। क्लासिक लिथियम-आयन सेल ग्रेफाइट को धीरे-धीरे बदलने और पूरक करने के लिए एनोड में शुद्ध सिलिकॉन का उपयोग करते हैं। यहां सिलिकॉन ऑक्साइड का इस्तेमाल किया गया था और कैथोड में सिलिकॉन डाइऑक्साइड का इस्तेमाल किया गया था।

ली-एस सेल = लिथियम एनोड, सल्फर के साथ सिलिकॉन डाइऑक्साइड कैथोड

ली-एस कोशिकाओं को उनके उच्च ऊर्जा घनत्व, वजन और कम निर्माण लागत के कारण दिलचस्प माना जाता है। हालांकि, कोई भी अभी तक ऐसा संस्करण बनाने में कामयाब नहीं हुआ है जो कई दर्जन से अधिक चार्जिंग चक्रों का सामना कर सके। सभी लिथियम पॉलीसल्फाइड्स (LiPS) के कारण, जो डिस्चार्ज के दौरान इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं और एनोड के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, इसकी क्षमता को कम करते हैं और परिणामस्वरूप, बैटरी को नष्ट करते हैं।

संभव है कि दक्षिण कोरियाई शोधकर्ताओं ने इस समस्या का हल ढूंढ लिया हो। कार्बन-आधारित सामग्री (जैसे ग्रेफाइट) के बजाय, उन्होंने कैथोड का उपयोग किया। मेसोपोरस सिलिका (POMS) की लैमेलर संरचना.

लैमेलर संरचना समझ में आती है, जबकि मेसोपोरोसिटी सिलिका में छिद्रों (गुहाओं) के संचय को संदर्भित करती है जिसका लक्ष्य आकार, क्षेत्र घनत्व और छोटे आकार का फैलाव (स्रोत) होता है। यह कुछ ऐसा है जैसे यदि आप नियमित रूप से एक छलनी बनाने के लिए किसी प्रकार के सिलिकेट की आसन्न प्लेटों के माध्यम से प्रहार करते हैं।

DGIST के वैज्ञानिकों ने इन छिद्रों का उपयोग उनमें सल्फर जमा करने के लिए किया (चित्र a)। डिस्चार्ज के दौरान, सल्फर घुल जाता है और लिथियम के साथ लिथियम पॉलीसल्फाइड (LiPS) बनाता है। इस प्रकार, आवेश प्रवाहित होता है, लेकिन अतिरिक्त अपरिभाषित कार्बन कारक (काली संरचना, आकृति b) के कारण LiPS कैथोड के पास फंसा रहता है।

चार्जिंग के दौरान, LiPS लिथियम छोड़ता है, जो लिथियम एनोड में वापस आ जाता है। दूसरी ओर, सल्फर सिलिका में परिवर्तित हो जाता है। एनोड में कोई LiPS रिसाव नहीं, कोई धातु क्षति नहीं।

इस तरह से बनाई गई Li-S बैटरी 2 से अधिक कार्य चक्रों के लिए उच्च क्षमता और स्थिरता बनाए रखती है। क्लासिक ली-आयन कोशिकाओं के लिए ऑपरेशन के कम से कम 500-700 चक्रों को मानक माना जाता है, हालांकि यह जोड़ा जाना चाहिए कि अच्छी तरह से संसाधित लिथियम-आयन कोशिकाएं कई हजार चक्रों का सामना कर सकती हैं।