Araştırma, ticari olarak uygulanabilir yeni batarya üretilmesine yol açabilir.
Lityum kükürt batarya teknolojisindeki son gelişmeler, her biri bu enerji depolama cihazlarının ticarileştirilmesindeki temel zorlukları ele alan iki bağımsız araştırma ekibi tarafından rapor edildi. Bir ekip katot malzemesini geliştirmeye yoğunlaşırken, diğeri yenilikçi bir katı elektrolit geliştirdi.
İlk çalışmada, Enerji Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Jong-sung Yu liderliğindeki bir ekip, lityum-kükürt batarya şarj hızını artırmak için azot katkılı gözenekli bir karbon malzeme geliştirdi. Magnezyum destekli termal indirgeme yöntemi kullanılarak sentezlenen bu malzeme, batarya katotunda bir kükürt konakçısı görevi görüyor. Ortaya çıkan batarya, sadece 12 dakikada tamamen şarj edildiğinde bile 705 mAh g⁻¹ gibi yüksek bir kapasiteye ulaşarak olağanüstü bir performans sergiledi.
Yüksek sıcaklıklarda ZIF-8'de magnezyumun nitrojenle reaksiyonuyla oluşan karbon yapısı, daha yüksek kükürt yüklemesi ve iyileştirilmiş elektrolit teması sağladı. Bu gelişme, hızlı şarj koşulları altında geleneksel bataryalara kıyasla kapasitede 1,6 kat artışla sonuçlandı. Dahası, nitrojen dopingi lityum polisülfit göçünü etkili bir şekilde bastırdı ve bataryanın 1.000 şarj-deşarj döngüsünden sonra kapasitesinin %82'sini korumasına olanak tanıdı.
Argonne Ulusal Laboratuvarı ile yapılan iş birliği, lityum sülfürün karbon materyalinin katmanlı yapıları içinde belirli bir yönelimde oluştuğunu ortaya koydu. Bu bulgu, azot katkılamasının ve gözenekli karbon yapısının kükürt yüklemesini artırma ve reaksiyon hızını hızlandırmadaki faydalarını doğruladı.
Çinli ve Alman araştırmacılar tarafından yapılan ayrı bir çalışma, lityum iyonları ve elementel kükürt arasındaki yavaş kimyasal reaksiyonu ele almak üzere tasarlanmış katı bir elektrolit tanıttı . Bu yenilikçi elektrolit, bor, kükürt, lityum, fosfor ve iyottan oluşan cam benzeri bir malzemedir. Bu çalışmanın öne çıkan özelliği, elektrolitin içine iyot eklenmesidir. Hızlı elektron değişim kabiliyetleri sayesinde iyot, kükürte elektron transferinde bir ara madde görevi görerek elektrot reaksiyonlarını önemli ölçüde hızlandırır. Araştırmacılar, iyotun elektrolit içindeki hareketliliğinin, bir elektron mekiği olarak işlev görmesini sağlayabileceğini öne sürüyorlar.
Performans sonuçları da aynı derecede etkileyiciydi. Son derece hızlı bir oranda şarj edildiğinde tam şarja sadece bir dakikadan biraz fazla sürede ulaşıldığında batarya, 25 kat daha yavaş şarj edilen bir batarya kapasitesinin yarısını korudu. Orta düzeyde bir şarj oranında, batarya 25.000'den fazla şarj-deşarj döngüsünden sonra ilk kapasitesinin yüzde 80'inden fazlasını korudu. Bu dayanıklılık seviyesi, tipik olarak yalnızca yaklaşık 1.000 döngüden sonra benzer kapasite düşüşü yaşayan geleneksel lityum iyon batarya çok ötesindedir.
Bu gelişmeler bir araya gelerek lityum-kükürt batarya pratik uygulamaya daha da yakınlaştırıyor. Ekibin çalışması, hızlı şarj senaryolarında gelişmiş katot malzemelerinin vaadini gösterirken, Çin-Almanya iş birliği, katı elektrolitlerin batarya ömrünü ve şarj hızını iyileştirmedeki dönüştürücü potansiyelini vurguluyor.
