New insights into Li-S batteries: the use of catholytes

Abstract

Bu projede Li-polisülfit batarya sisteminin kullanım potansiyeli incelenmiştir. Bu kapsamda, klasik Li-S bataryalarda sıklıkla kullanılan sülfür tozuna karşılık sülfür indirgenme ürünü olan polisülfitin hem bataryalarda kullanım potansiyelleri araştırılmış, hem de ilk defa denenen farklı bir batarya konsepti (sulu elektrolit polisülfit bataryalar) literatüre kazandırılmıştır. Lityum-sülfür (Li-S) bataryaların mevcut Li-iyon teknolojisi ile karşılaştırıldığında enerji yoğunluğu beş kat daha fazladır. Li-S bataryalar, Na-S bataryaların aksine, oda sıcaklığında çok rahat çalışırlar ve yüksek teorik kapasiteye sahiptirler. Dolayısıyla batarya teknolojisi için radikal bir seçenek olan Li-S bataryaların geliştirilmesi yönünde yapılan araştırmalar, elektrikli araçlar için 500 km sürüş menzili hedefine ulaşılabilmesini sağlayacaktır. Kapanış raporu sunulmakta olan bu projede öncelikle farklı elektrolit etkisi, polisülfit eklenmiş elektrolitin (katolit) viskozitelerine bağlı olarak performansları karşılaştırılmıştır. Buna bağlı olarak elde edilen sonuçlara göre katot olarak katolit içeren bataryaların karbon-sülfür kompoziti içeren bataryalara göre daha iyi performans gösterdiği, TMS' in diğer elektrolitlere göre daha iyi olduğu ve 0,1 M polisülfit içeren katolitin daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca anot olarak kullanılan lityum metalinin yüzey kimyası da incelenmiş ve katı elektrolit geliştirme çalışmaları yapılmıştır. Projenin ikinci aşamasında ise sulu elektrolit içeren polisülfit-LiMnO4 pillerin deneysel çalışmaları yapılmıştır. Bu konuda, bu projenin desteğiyle çıkarılmış olan iki yayın basılmıştır. Bu yayınlardan birincisinde seramik membran kullanılırken, diğerinde ise maliyeti düşürmek amacıyla Nafyon membran kullanılmıştır. Geliştirilen bu sistem ile sülfür ile sulu elektrolitin düşük maliyeti sayesinde hem daha ucuz, hem de geleneksel Li-S bataryalara göre daha yüksek güce sahip sistemler oluşturulması için adım atılmıştır.