장난감, 휴대용 진공청소기, 전기자전거 등 휴대용 장치에 전원을 공급하는 대부분의 충전식 배터리는 리튬 이온 기술을 사용합니다.그러나 이러한 배터리는 수명이 짧을 수 있으며 손상되면 화재가 발생할 수 있습니다.

안정성과 안전 문제를 해결하기 위해 연구진은보고~에ACS 에너지 편지철분을 개선한 리튬-황(Li-S) 배터리를 설계했습니다.황화물음극 .하나의 프로토타입은 300개 이상의 안정성을 유지합니다.충방전 주기, 또 다른 하나는 접거나 잘라낸 후에도 전원을 공급합니다.

유황이 재료로 제안되었습니다.리튬 이온 배터리기존 이온 기반 버전에 사용되는 리튬 금속 산화물 및 기타 재료보다 비용이 저렴하고 더 많은 에너지를 보유할 수 있기 때문입니다.Li-S 배터리를 고온에서 안정적으로 만들기 위해 연구자들은 이전에 탄산염 기반 전해질을 사용하여 두 전극(황화철 음극과 리튬 금속 함유 양극)을 분리할 것을 제안했습니다.

그러나 음극의 황화물이 전해질에 용해되면서 뚫을 수 없는 침전물이 형성되어 전지의 용량이 빠르게 손실됩니다.Liping Wang과 동료들은 기능성과 재충전성을 저하시키지 않고 이러한 부식을 줄이기 위해 음극과 전해질 사이에 층을 추가할 수 있는지 궁금해했습니다.

연구팀은 다양한 폴리머로 황화철 음극을 코팅했으며 초기 전기화학적 성능 테스트에서 폴리아크릴산(PAA)이 가장 잘 수행되어 300회 충전-방전 주기 후에도 전극의 방전 용량을 유지한다는 사실을 발견했습니다.

다음으로 연구진은 탄산염 기반 전해질, 이온 소스인 리튬 금속 호일, 흑연 기반 양극을 포함하는 프로토타입 배터리 설계에 PAA 코팅된 황화철 음극을 통합했습니다.그들은 파우치 셀과 코인 셀 배터리 프로토타입을 모두 생산하고 테스트했습니다.

100회 이상의 충전-방전 주기 후에 Wang과 동료들은 파우치 셀에서 실질적인 용량 감소가 없음을 관찰했습니다.추가 실험에서는 파우치 셀을 접어서 반으로 자른 후에도 여전히 작동하는 것으로 나타났습니다.코인 셀은 300회 충방전 주기 후에도 용량의 72%를 유지했습니다.

다음으로 그들은 다른 금속으로 만든 음극에 폴리머 코팅을 적용하여 리튬-몰리브덴 및 리튬-바나듐 배터리를 만들었습니다.이 세포들은 또한 안정한용량300회 이상의 충전-방전 주기.전체적으로 결과는 코팅된 음극이 긴 수명을 가진 더 안전한 Li-S 배터리를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 다른 금속 황화물을 사용하는 효율적인 배터리도 생산할 수 있음을 나타냅니다.