2008年7月下旬、英国の太陽光発電機が高高度で3日間飛行し、非公式の飛行耐久記録を作成しました。おそらくほとんど知られていないリチウム硫黄（Li-S）バッテリーは、 1つは、夜間に航空機に電力を供給し、その効率はバッテリーの上部でさえも比類のないものです。
ソーラー飛行機Zephyr S（ネットワークからの写真） 10年後、世界はLi-S電池の商業化を待っているようだが、Drexel大学の研究者たちの突破口は生存を妨げる大きな障害を取り除いたばかりである。
技術者は、ラップトップ、携帯電話、電気自動車の開発がバッテリー性能の着実な向上に依存しているという事実を知りました。市場で最高のバッテリーであるか？改善の限界に達していますか？
バッテリ性能が安定するにつれて、ストレージデバイスに最後の電圧を接続するために、一部の企業はエネルギー貯蔵に寄与しない内部コンポーネントのサイズを縮小しようとしていますが、これらの構造的変化は不都合な副作用を伴います。たとえば、2016年にサムスンの携帯電話で一連の爆発事故が発生しました。
バッテリー爆発後のサムスンの携帯電話（ネットワークからの画像） テクノロジー企業や研究者は、細胞が最終的に新しい化学反応論として、より多くのエネルギーが単一のセルに充電することができ、リチウムイオン電池を交換するリチウム - 硫黄方法（リチウムS）を研究している - この措置をバッテリーのエネルギー密度の開発に言及。この改良容量は約5〜10倍のリチウムイオン電池をもたらし、バッテリ稼働時間が長くなるで充電間の電荷に対応しています。
問題は、エネルギー密度を高めるために重要な構成要素として、硫黄を証明した最初のいくつかの充電が完了した後、リチウムSセルがもはやその優れた能力を維持することができない、ということである、電極は「ポリスルフィドAPOS中間体の形態であります移行によって、この主要コンポーネントが失われ、再充電中のパフォーマンスが低下します。
科学者たちはLi-S電池内でこれらのポリスルフィド反応を長年にわたって安定化させようと試みてきたが、ほとんどの試みでは電池に重量を追加したり、高価な材料を必要としたり、 しかし、今や新たな方法が生まれました.Drexels School of Engineeringの研究は、Journal of Applied Chemistry and Interfaces of American Chemical Societyの最新号で、「二酸化チタン（TiO）ナノ繊維をLi S電池のポリサルファイド固定剤に関する報告：ポリスルフィドを適所に保持し、そのような細胞の印象的な持久力を維持しながら全体重量を減少させ、それらを産生することができることを示唆するルイス酸 - 塩基相互作用の証拠所要時間。
私たちは フリースタンディング多孔質酸化チタンナノファイバーマット 硫黄カソード高い導電性を持っている - リチウム硫黄電池の主要な正極材料としては、博士Vibha氏Kalraは、彼は私たちは私たちの1二酸化ことがわかったので、これは、重要な開発である工学部助教授、主な研究著者であると言いました優れた性能を維持しながら電池の比容量を高めることができ、バインダーを完全になくして陰極側にセットできることも証明できます。電極の重量の30〜50％を占める電気器具 - 私たちの方法は硫黄陰極を形成するのに数秒しかかかりません。現在の標準は半日までかかります。
その結果、ナノファイバーマットは微視的なレベルで巣に似ており、電池によって生成されたポリスルフィドを引き付けて捕捉することができるため、優れた硫黄カソードプラットフォームであることが示されています。これは、カソードとアノードが電池から分離されている電解質溶液中にそれらが溶解したときに生じる性能低下である。
Kalra氏によると、このカソードの設計は、Li-Sバッテリのエネルギー密度を維持するのに役立つだけでなく、重量と生産コストの増加を招く材料を追加することなくこれを達成します。
これらの二重の目標を達成するために、チームは電極メカニズムがどのように役立つかをよりよく理解するために、反応メカニズムやポリスルフィドの形成など、これに関する詳細な調査を行いました。
本研究では、電解質中にポリスルフィドを防止するために、陰極と二酸化硫黄との間には強いルイス酸 - 塩基相互作用が存在することを示して電池性能の低下の主な理由は、著者の一人であり、生成され、Kalras実験博士研究員Arvinder Singh博士は、次のように述べています。
これは、彼らの陰極設計がLi-S細胞のエネルギー密度を維持するのを助けることができることを意味し、重量と生産コストを増加させる追加の材料なしで、Kalra Kalmasのナノファイバー電極に関する以前の研究は、過電流バッテリパックは、現在の電極よりも広い表面積を持っており、充電中の膨張に対応でき、バッテリの容量を増加させます。電解質ゲルを充填することによって、装置内の可燃成分を排除します。漏れ、火災、爆発の影響を最小限に抑えます。
それらは、製造中の性能を低下させることがある絶縁および接着剤化学物質を必要とする標準的な粉末ベースの電極よりも利点を有することを意味する、マシュマロを作るように見えるエレクトロスピニングプロセスによって作り出される。 。
エレクトロスピニング作成 プロセス マシュマロを作るように見える。 （ウェブからの画像） バッテリ性能を向上させるためのバインダフリーのスタンドアロンカソードプラットフォームを製造するために、Kalras Labsは硫黄を基板にわずか5秒で追加する急速硫黄沈着技術を開発しました。
「ナノ繊維マット、140度摂氏環境におけるわずかな圧力への融解硫黄アプリケーション - 時間のかかるカソードの有効性を向上させながら、機械加工または混合有毒化学物質は我々のLI-を使用して長時間維持することができませんでした。 Kalra氏は、S電極は正しい構造を提供すると主張しています。「Li-S電池の商業化の主な障害の1つであるバッテリサイクリング中の容量低下を最小限に抑えます。
「今回の研究では、これらの電極の連続的な有効容量が現在のリチウムイオン電池の4倍であることが示されています。
それはノートパソコン、携帯電話や電気自動車の開発であるかどうかは、電池性能が前方のみ電池の場合には許可技術プッシュの着実な改善に依存し、リチウムイオン電池は、 - それは今、市場で最高のバッテリーを考えられている - されます改善の限界に達する。 （ウェブからの画像） 2008ゼファー-6Sソーラー航空機の飛行記録するので、多くの企業がさまざまな電気自動車のバッテリ寿命を増やしたい、リチウムSバッテリーの開発に投資している、モバイルデバイスは、電荷間で長持ち、さらには全体のエネルギーを助けます断続的な風力発電や太陽光発電に対応するためのネットワーク。Kalras作業は今、このバッテリー技術の開発への障害のシリーズを破る方法を提供することができます。
チームは、サイクル寿命をさらに向上させ、ポリスルフィドの形成を低減し、コストを削減するという目標を掲げ、Li-Sカソードを開発し続けます。
