Lityum-kükürt pilinin elektrokimyasal performansı üzerinde kükürt yüklemenin etkisinin modellenmesi

Lityum-kükürt (Li-S) piller, yüksek teorik özgül enerjileri nedeniyle verimli bir enerji depolama sistemi olarak umut vermektedir. Ek olarak, Li-S piller, doğal olarak bol ve toksik olmayan ucuz hammaddelere sahiptir. Bu avantajlar nedeniyle Li-iyon pillere bir alternatif olarak kabul edilirler. Bununla birlikte, düşük çevrim ömrü ve kendi kendine deşarj gibi dezavantajları da vardır. Li-S pillerdeki elektrokimyasal reaksiyonların açıklığa kavuşturulması ve önemli parametrelerin ve bunların etkilerinin tanımlanması gerekmektedir. Bu nedenle, katot tasarımında optimum parametreleri bulmak için odaklanan farklı çalışmalar vardır. Bu çalışma, kritik bir katot tasarım parametresi olan kükürt yükleme miktarının Li-S pilinin elektrokimyasal performansına etkisini araştırmaktadır. Kükürt hücrede elektrokimyasal olarak aktif bir madde olmasına rağmen, çözünmez ve yalıtkan olduğundan yüksek konsantrasyonlarda hücre performansını olumsuz etkiler. İletkenliği ve yüzey alanını artırmak için katotta karbon kullanılır. Bununla birlikte, karbon gibi inert malzemeler enerji yoğunluğunu azaltabilir. Dolayısıyla, Li-S pilindeki karmaşık mekanizmalar nedeniyle hem yüksek kapasite hem de enerji yoğunluğu için gereken optimum katot tasarım parametreleri hala araştırılmaktadır. S yükleme miktarının etkilerini tahmin etmek için bu çalışmada hesaplamalı algoritmalar kullanılmıştır; basitleştirilmiş sıfır boyutlu ve daha karmaşık tek boyutlu elektrokimyasal modeller seçilmiş ve bu modellerin S yükleme miktarının deşarj performansına etkisi üzerine tahminleri karşılaştırılmıştır. Sıfır boyutlu model S yükleme miktarının deşarj kapasitesi üzerine etkisini yakalayamazken, tek boyutlu model, deneysel eğilimleri başarıyla tahmin etmiştir. Ayrıca her iki modelde de farklı parametreler için duyarlılık analizi yapılarak modeller arasındaki farklar tartışılmıştır.