Lityum-sülfür pilleri için nikel sülfür kompozit katotlarının elektrodepozisyonu

Lityum-sülfür (Li-S) piller, yüksek teorik özgül enerjileri ve sülfürün doğal bolluğu nedeniyle en umut verici yeni nesil enerji depolama sistemlerinden biri olarak ortaya çıkmıştır. Ancak, polisülfür mekik mekanizması, zayıf elektrik iletkenlik ve döngü sırasında hacimsel genleşme, Li-S pillerin ticarileşmesini engellemiştir. Bu çalışma, bu sınırlamaları aşmak için kontrollü elektrodepozisyon yoluyla Ni-S kompozit katotların geliştirilmesine odaklanmaktadır. Çalışma, tiyoüre konsantrasyonu (50-100 g/L), akım yoğunluğu (-25 ila 100 mA/cm²), depozisyon süresi (15-60 dakika) ve dispersan katkı maddeleri (polietilenimin, PEI ve sodyum dodesil sülfat, SDS) gibi önemli elektrodepozisyon parametrelerinin Ni-S kompozitlerinin bileşimi, morfolojisi ve elektrokimyasal performansı üzerindeki etkisini incelemektedir. Elektrolit olarak modifiye edilmiş Watts banyosu kullanılarak, yüksek sülfür yüklemesi ve homojen dağılım elde etmek için elektrodepozisyon süreci optimize edilmiştir. Kompozitleri değerlendirmek için SEM/EDS, TGA, doğrusal tarama voltametrisi (LSV), döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik döngü kullanılmıştır. Sonuçlar, 75 g/L'lik bir tiyoüre konsantrasyonunun optimal kükürt miktarı (ağırlıkça %12,78) sağladığını, daha düşük akım yoğunluklarının (-25 mA/cm²) da daha yüksek sülfür içeriğini desteklediğini göstermiştir. PEI ve SDS ilavesi, parçacık homojenliğini önemli ölçüde iyileştirmiş ve topaklanmayı azaltmıştır, ancak bu, kırılgan kaplamalara yol açmıştır. Elektrokimyasal testler, Ni-S katotlarda farklı bir redoks davranışı olduğuna işaret etmiştir. Bu davranış, NiS oluşumu ve dönüşüm reaksiyonlarına karşılık gelen 1,8 V ve 1,3 V'da karakteristik pikler göstermiştir. Optimize edilmiş katot, C/10 hızında 204 mAh/gS'lik bir başlangıç deşarj kapasitesi sağlamıştır. Bu sonuçlar, Li-S piller için elektrodepozite Ni-S kompozitlerin potansiyelini gösterse de, döngü stabilitesini ve kapasite tutma özelliğini iyileştirmek için daha fazla optimizasyon gereklidir. Bu çalışma, elektrodepozisyon parametreleri ile katot performansı arasındaki ilişkiye ilişkin değerli bilgiler sağlayarak, pratik, yüksek enerji yoğunluklu Li-S pil sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmayı hedeflemektedir.