_ Îmbunătățirea bateriilor cu litiu-sulf cu materiale pe bază de cadru metal-organic

Tehnologia actuală a bateriilor litiu-ion nu are densitatea energetică necesară pentru a satisface cerințele de energie regenerabilă. În teorie, bateriile cu litiu-sulf ar putea fi o alternativă viabilă, cu o capacitate specifică și o densitate energetică mai mare. Cu toate acestea, sulful are dezavantaje care limitează în prezent adoptarea sa practică.

O revizuire cuprinzătoare publicată în Nano Research subliniază modul în care materialele catodice pe bază de cadru metal-organic ar putea îmbunătăți performanța bateriilor cu litiu-sulf, făcându-le un instrument practic. alternativă la bateriile litiu-ion.

„Aplicarea bateriilor de înaltă performanță cu litiu-sulf este încă împiedicată de unele probleme majore, ceea ce duce la o capacitate practică inacceptabilă și la stabilitate ciclică”, a declarat Weihua Chen, cercetător la Universitatea Zhengzhou.

„În primul rând, conductivitatea electrică slabă a sulfului și cea a produselor de descărcare cresc semnificativ o anumită rezistență internă a bateriilor, limitând eficiența de utilizare a materialelor active. De asemenea, expansiunea volumetrică severă a catozilor de sulf după procesul de litie determină pulverizarea structurală a electrozilor.”

Cu aceste limitări, bateriile cu litiu-sulf prezintă probleme de siguranță, precum și probleme de performanță, care împiedică în prezent adoptarea lor pe scară largă.

Catozii de sulf avansați din cadru metal-organic ar putea fi soluția. Cadrele metalo-organice sunt de obicei alcătuite dintr-un ion metalic/cluster și au proprietăți unice, cum ar fi porozitate ridicată, dimensiune reglabilă a porilor și structură controlabilă a porilor.

Cadrele metal-organice curate nu au fost încă adoptate în baterii cu litiu-sulf din cauza conductibilității electrice slabe și a stabilității structurale insuficiente; cu toate acestea, studii recente au arătat cum cadrele metalo-organice pot fi combinate cu materiale conductoare, cum ar fi grafenul, nanotuburile de carbon și unii polimeri.

„Din cauza microstructurii poroase, suprafața specifică accesibilă foarte mare. , și grupul funcțional reglabil, materialele pe bază de cadru metal-organic au primit atenția investigatorilor ca gazde potențiale catodice pentru bateriile cu litiu-sulf și au făcut progrese semnificative. În special, materialele legate de cadru metal-organic ar putea limita în mod eficient dizolvarea și difuzia de polisulfură în electroliți”, a spus Chen.

Această revizuire a articolelor publicate a analizat cadrele metal-organice impecabile, diferitele compozite metalo-organice și derivații de cadru metal-organic. Aceste metale anorganice și componente organice nealterate au structuri cristalografice și sunt promițătoare în stocarea sulfului activ. Cu toate acestea, majoritatea dintre ele nu au conductivitatea necesară pentru funcționarea eficientă a bateriei.

Compozitele cadru metal-organic îmbunătățesc proprietățile cadrelor metal-organice, îmbunătățind conductivitatea și consolidând stabilitatea structurală. Grafenul, nanotuburile de carbon și polimerii conductivi sunt toate opțiuni viabile pentru îmbunătățirea limitărilor cadrelor metalo-organice curate. O altă alternativă sunt materialele derivate din cadre metal-organice sau derivații metalo-organici.

De exemplu, materialele de carbon derivate din cadru metal-organic pot facilita transferurile de electroni și ioni și pot rezolva problemele de expansiune în volum întâlnite în cadrul catozi de sulf, dar ar putea compromite structura cadrului metalo-organic. Cercetările sunt în desfășurare cu privire la modul în care aceste materiale diferite ar putea fi îmbunătățite și utilizate cel mai bine în bateriile cu litiu-sulf.

Privind în viitor, cercetătorii continuă să exploreze modul în care materialele pe bază de cadru metal-organic și caracteristicile lor unice pot îmbunătăți performanța bateriilor cu litiu-sulf.

„Materialele legate de cadru metal-organic apar ca materiale promițătoare cu catod cu sulf pentru bateriile cu litiu-sulf. În ciuda progreselor semnificative din ultimii ani, există încă provocări de depășit pentru comercializarea bateriilor cu litiu-sulf. Va fi nevoie de timp și efort pentru a realiza aplicarea practică a materialelor legate de cadru metal-organic în bateriile cu litiu-sulf, dar această revizuire ar putea oferi îndrumări utile pentru dezvoltarea viitoare a acestor materiale”, a spus Chen.

(Fluierul)