Сепаратор-ловушка для серных батарей экспресс
В литий-серной батарее сера норовит раствориться и уплыть к другому электроду — батарея теряет заряд за десятки циклов. Чтобы удержать беглянку, между электродами ставят плёнку-разделитель. Обычная полиэтиленовая плёнка пропускает ионы лития, но вместе с ними проскакивают и серные молекулы.
Исследователи одели такую плёнку в тонкие слои: никель, кобальт и керамику LAGP, которая проводит ионы лития, как коридор для курьеров. Наносили покрытия распылением ионным пучком — как краску из баллончика, только частицами размером с атомы. Затем проверили в ячейке с жидким электролитом, насколько хорошо плёнка держит серу.
Лучше всех сработал бутерброд из керамики и кобальта: он задерживал серные молекулы и не разрушался со временем. Один только никель быстро сдавал позиции — видимо, вступал в побочные реакции или отслаивался. А вот внедрение никеля прямо в полиэтилен почти ничего не изменило.
Плёнка с керамикой и кобальтом — как турникет, который пропускает только ионы лития, а серу отсекает. Это продлевает жизнь батареи и приближает её к массовому производству.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.16544
The large - scale commercialization of promising lithium - sulfur (Li - S) batteries remains limited by the polysulfide shuttle effect, which causes rapid capacity fading and poor cycle life. In this study, we present a scalable strategy to mitigate this challenge by modifying polyethylene (PE) separators with ferromagnetic and solid - state ionic coatings. Thin films of nickel (Ni), cobalt (Co), and the Li - ion - conducting ceramic Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP) were deposited via ion beam sputtering, while Ni ion implantation was also employed to modify the PE substrate. The electrochemical performance of pristine and modified separators was evaluated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and staircase voltammetry (SV) in liquid electrolyte within H - cell configurations. Surface morphology and elemental composition were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The results show that LAGP-based coatings significantly enhance separator stability and effectively suppress polysulfide diffusion, leading to lower redox peak intensities and improved cycling performance. In contrast, Ni coatings exhibited poor long - term stability, likely due to parasitic reactions or delamination during its life time. The combined LAGP/Co architecture provided the most effective suppression of the polysulfide shuttle, attributed to synergistic ionic and catalytic effects that promote interfacial stability and selective ion transport. Ni implantation into PE showed only a negligible effect. This study highlights the potential of integrating solid ionic conductors with ferromagnetic layers to design multifunctional separators for high-performance Li - S batteries.
Сера — один из самых дешёвых материалов для батарей: её полно в отходах нефтепереработки, а литий-серная пара теоретически запасает в несколько раз больше энергии на килограмм, чем обычный литий-ионный аккумулятор.