Search

Li–S akumulatorji v zadnjem času vse bolj pridobivajo na svoji veljavi. Glavni vzrok za vse večji pomen teh sistemov je v njihovi visoki energijski gostoti in specifični kapaciteti. Žveplo je tudi eden izmed elementov, ki so v naravi zelo zastopani. Njegova cena je zato nižja in posledično je privlačen za uporabo v akumulatorjih. Pri klasičnih sistemih z etri se pojavlja več problemov. Med njimi je sigurno največji migracija polisulfidnih zvrsti. Temu pojavu se lahko izognemo z uporabo ultramikroporoznega ogljikovega kompozita z velikostjo por manj kot 0,7 nm. S tem močno omejimo stik med elektrolitom in žveplom, ki predstavlja naš aktivni material znotraj por ultramikroporoznega ogljikovega kompozita. Posledično lahko v tovrstnih sistemih uporabljamo tudi karbonate, ki jih sicer ne bi morali. Z oblikovanjem zaščitnega filma na površini por kompozita v začetnih ciklih delovanja akumulatorja bi se dalo stik še dodatno zmanjšati in s tem preprečiti kontinuirno izgubo žvepla zaradi migracije polisulfidov. Sistem je mogoče optimizirati z uporabo različno debelih nanosov za katodni material, različnih elektrolitov in z uporabo različnih napetostnih oken delovanja akumulatorja. Sklepamo lahko, da je možno z elektrokemijskimi eksperimenti preko uravnavanja teh parametrov oblikovati akumulator, ki nam bo zagotavljal kar se da stabilno in efektivno delovanje preko večjega števila ciklov. Li–S batteries are experiencing a large increase in their research lately. The main reason for this efforts is their high energy density and specific capacity. Sulphur is also very abundant and thus enables a reduced cost for usage in batteries. In Li–S batteries with eter based electrolytes we can easily discover the polysulphide shuttle effect which represents the biggest problem in such systems. It can be smoothly avoided with the use of ultramicroporous carbons with pore size less than 0,7 nm. If we use such composites, we can disable the contact between our electrolyte and active sulphur material within the pores of the carbon composite. This actually means we can also use carbonate based electrolytes which are meant to be useless in combination with bigger pore sizes. With the design of a cathode electrolyte interphase at the surface of the pores, we can further decrease the contact and therefore the loss of active sulphur due to the polysulphide shuttle effect. We can perform the optimization through different parameters. The most common ones are: changing of electrode thickness, use of different electrolytes and use of different voltage cutoffs. We can conclude that through this optimization process we can create a stable and effective battery for longer cycling.

Magnezij-žveplovi akumulatorji predstavljajo novo tehnologijo shranjevanja energije. Pri tem akumulatorskem sistemu se trenutno soočamo s številnimi izzivi, tako na katodni (redoks prenos naboj preko polisulfidov, samopraznjenje akumulatorja, …) in anodni (tvorba ionsko neprevodnega filma) strani celice. V eksperimentalnem delu diplomske naloge smo preverili vpliv različnih dodatkov v magnezijevo anodo na delovanje celice s katodo iz ogljik-žveplovega kompozita in elektrolitom na osnovi etra. Rezultati so pokazali, da dodatek soli MgBr2 in MgCl2 izboljša delovanje sistema v začetnih ciklih. V drugem delu testiranj smo preizkusili tudi, kako učinkuje povečanje koncentracije elektrolita v sistemu. Ugotovili smo, da se s povečanjem koncentracije močno izboljša stabilnost kapacitete, obenem pa koncentracija elektrolita vpliva tudi na obliko krivulje praznjenja in redoks prenosa naboja preko polisulfidov. Preverili pa smo tudi kako na delovanje akumulatorja vpliva koncentracija žvepla v ogljik-žveplo kompozitu. Iz testiranj je razvidno, da povečanje koncentracije žvepla močno zniža tako začetne kot tudi končne kapacitete sistema. Magnesium-sulfur batteries present a new developing technology of energy storage. While working with Mg-S cells we are faced with many challenges at the anode (passive film formation) and cathode (polysulfide shuttle effect, self-discharge) side. In this thesis we examined the influence of various additives into magnesium anode on the operation of the cell. The results show that the addition of salts MgBr2 and MgCl2 improve the system performance in the initial cycles. We also tested how concentration of the electrolyte effect the battery performance. We found that, by increasing the concentration of the electrolyte, stable capacities are greatly improved and at the same time the concentration also affects the shape of the discharge curve and the polysulfide shuttle effect. We also checked how the concentration of sulfur in the carbon-sulfur composite influences the operation of the battery. The test show that the increase in sulfur concentration greatly reduces both initial and established capacity of the system.