Kritik tasarım parametrelerinin lityum-kükürt pilin elektrokimyasal performansı üzerindeki etkisinin karakterizasyonu

Lityum-Kükürt (Li-S) piller yüksek teorik özgül enerjisi ve enerji yoğunluğuna sahiptir ve katot içindeki oldukça karmaşık reaksiyon ve polisülfid mekik mekanizmalarının bir sonucu olarak hücre tasarımına duyarlıdır. Elektrolit-kükürt (E/S) oranı, karbon-kükürt (C/S) oranı, kükürt yüklemesi ve karbon tipi, pil performansı üzerinde kritik bir etkiye sahip olan tasarım parametreleridir. Bu çalışmada bu parametrelerin, Li-S pilinin deşarj kapasitesi, döngü performansı ve hücre ve sistem düzeyinde spesifik enerji ve enerji yoğunluğu arasındaki ilişkiyi belirlemek için deneysel karakterizasyon ve elektrokimyasal modellemeyi birleştiren entegre bir araştırma metodu uygulanmıştır. İlk olarak, E/S oranının etkisi incelenmiştir; en yüksek başlangıç deşarj kapasitesi 20 µl mg-1 E/S oranı ile elde edilirken, en iyi kapasite korunumu 13 µl mg-1 için gözlenmiştir. Sonuç olarak, 13 µl mg-1'lik bir E/S oranı, E/S oranının sadece en yüksek deşarj kapasitesi ve kapasite korunumu üzerindeki etkisi olarak değil, aynı zamanda hücre ve sistem seviyesi performansı üzerindeki etkisi olarak en iyi performansı sunmuştur. İkinci olarak, C/S oranının etkisi araştırılmıştır; C/S oranı 2 ve E/S oranı 13 μl mg-1 olan Li-S hücresi, en iyi kapasite korunumuna ek olarak en yüksek başlangıç kapasitesini sağlamıştır. Model tahminleri, artan C/S oranının, özellikle düşük E/S oranlarında, sistem düzeyinde pil ölçümlerini kötüleştirdiğini göstermektedir. Son olarak, farklı karbon tipi ve kükürt yüklemesine sahip Li-S hücreleri incelenmiştir. AB içeren Li-S hücrelerinin kapasite tutmasının S yüklemesinden etkilenmediği, ancak Super C65'li Li-S hücrelerinin kapasite korunumunun daha yüksek S yüklemelerinde yüksek olduğu görülmüştür. (KB) ile hazırlanmış Li-S hücreleri büyük yüzey alanları olmasına rağmen yüksek S yüklemelerinde iyi performans elde edememiştir. Super C65'in en iyi sistem performansına sahip olduğu öngörülmüştür. Orta seviyedeki S yüklemelerinde, deşarj kapasiteleri maksimum olduğundan hem AB hem de Super C65 katotlu Li-S hücreleri, sistem düzeyinde en yüksek değerleri elde etmiştir.