Профессор химии Линда Назар и ее исследовательская группа в Отделении естественных наук в Университете Уотерлу объявили о прорыве в технологии батареи литиевой серы в недавней проблеме Коммуникаций Природы.Их открытие материала, который поддерживает rechargable зеленовато-желтый катод, помогает преодолеть основное препятствие к строительству литиевой серы (ЛИТИИ) батарея. Такая батарея может теоретически привести электромобиль в действие в три раза далее, чем текущие литий-ионные аккумуляторы для того же самого веса – по намного более низкой цене.
«Это – важный шаг вперед и приносит lithim-зеленовато-желтой батарее один шаг ближе к действительности», сказал Назар.Группа Назара известна прежде всего их 2 009 статьями Материалов Природы, демонстрирующими выполнимость батареи ЛИТИЕВ, используя наноматериалы.
В теории сера может предоставить конкурентоспособный материал катода литиевой окиси кобальта в текущих литий-ионных клетках. Сера как материал батареи чрезвычайно в изобилии, относительно легкая, и очень дешевая.
К сожалению, зеленовато-желтый катод исчерпывает себя только после нескольких циклов, потому что сера растворяется в решении для электролита, поскольку это уменьшено поступающими электронами, чтобы сформировать полисульфиды.Группа Назара первоначально думала, что пористый углерод или графены могли стабилизировать полисульфиды, физически заманив их в ловушку.
Но в неожиданном повороте, они обнаружили, что металлические окиси могли быть ключом. Их начальная работа над металлической окисью титана была издана ранее в августе по своей природе Коммуникации.В то время как исследователи нашли с тех пор, что нанолисты марганцевого диоксида (MnO2) работа еще лучше, чем окиси титана, их главная цель в данной статье состояла в том, чтобы разъяснить механизм на работе.«Вы должны сосредоточиться на фундаментальное понимание явления, прежде чем Вы сможете развивать новые, продвинутые материалы», сказал Назар.
Они нашли, что окисленная поверхность ультратонкого нанолиста MnO2 химически перерабатывает сульфиды в двухступенчатом процессе, включающем направляющееся поверхностью промежуточное звено, политиосульфат. Результат – высокоэффективный катод, который может перезарядить больше чем 2 000 циклов.Поверхностная реакция подобна химическому процессу позади Решения Уокенродера, обнаруженного в 1845 в течение Золотого Века немецкой химии серы.
«Очень немного исследователей изучают или даже больше преподают зеленовато-желтую химию», сказал Назар. «Нелепо, что мы должны были посмотреть до сих пор назад в литературе, чтобы понять что-то, что может так радикально изменить наше будущее».Партнер постдиссертации Сяо Лян, ведущий автор, и аспиранты Коннор Харт и Цюань Пан также обнаружили, что графеновая окись, кажется, работает подобным механизмом. Они в настоящее время исследуют другие окиси, чтобы счесть лучшую серу сдерживающим материалом.
BASF Международная Научная Сеть для Электрохимии и Батарей финансировала исследование. Среди соавторов газеты Арнд Гарзух и Томас Вайс из BASF.
Профессор Назар представит на обещании и действительности батарей литиевой серы в Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) Ежегодную конференцию в субботу, 14 февраля 2015 в комнате 230B в Конференц-центре Сан-Хосе.