Li-S bataryalarında kritik katot tasarım parametrelerinin hücre resistansına etkisinin elektrokimsayal empedans spektroskopisi kullanarak karakterizasyonu

Lityum-sülfür bataryaları, elektrikli araç uygulamalarında kullanılan Li-iyon bataryalarına alternatif olarak son yıllarda oldukça dikkat çekmiştir. Bunun sebebi, aktif madde olarak dünyada bol miktarda olan ve zararsız olup yüksek kapasite veren sülfür ve en hafif metal Li içeren Li-S bataryalarının yüksek teorik spesifik enerjisidir (2600 Wh/kg). Öte yandan, Li-S bataryalarının elde edilen kapasiteyi azaltan ve çevrim ömrünü düşüren problemleri vardır. Li anot bozunması, polisülfit mekik mekanizması ve düşük elektronik iletkenlik bu problemlerin en önemlileridir ve bunlar hücre içerisinde kinetik ve taşınım rezistanslarına yol açarlar. Bu çalışmada, katottaki 2 kritik dizayn parametresi olan karbona sülfür (C/S) ve elektrolite sülfür (E/S) oranlarının hücre içerisindeki kinetik ve taşınım rezistanslarına etkisi deşarj derinliğine bağlı olarak, elektrokimyasal empedans spektroskopisiyle incelenmiştir. İlk olarak, hücre içerisindeki ana rezistanslar elektrolit, yük transfer, film ve Warburg rezistansları olarak belirlenmiştir. E/S oranının rezistans üzerine etkisi 34 µl/mg, 19 µl/mg, 12 µl/mg, 6 µl/mg ve 3 µl/mg E/S oranlarına sahip, C/S oranı 1 olan hücreler ile test edilmiştir. Bu hücrelerde en yüksek rezistanslar E/S oranının 3 µl/mg ve 6 µl/mg olduğu durumlarda elde edilmiştir. Öte yandan, en düşük rezistanslar E/S=19 µl/mg olduğu durumda gözlemlenmiştir ve E/S oranının daha fazla yükseltilmesi rezistansı düşürmemiştir. C/S oranının hücredeki rezistanslar üzerine etkisi ise C/S oranı 3.5, 2.0, 1.0, 0.5 ve 0.3, E/S oranı ise 19 µl/mg olan hücreler ile araştırılmıştır. C/S oranının 3.5 olduğu hücreler, diğer hücreler ile kıyaslandığında çok yüksek rezistans göstermiş, minimum rezistans ise C/S=1 ile elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre, E/S ve C/S oranlarının hücrelerde azami kinetik ve taşınım rezistansları sağlayan optimum bir değeri bulunmaktadır.