Příprava elektrod Li-S baterií s použitím inverzně vulkanizované síry

Abstract

Práce se zabývá studiem lithno-sírových baterií, které jsou perspektivní z hlediska jejich vysoké teoretické kapacity a nízkého ekologického dopadu. Místo elementární síry, která je nejčastějším elektroaktivním materiálem kladné elektrody, byla použita inverzně vulkanizovaná síra s amorfní strukturou, jejíž postup přípravy byl během práce vylepšen a optimalizován. Byla syntetizována série vzorků inverzně vulkanizované síry s různým poměrem vstupních prekurzorů. K ověření amorfní povahy materiálu byla použita rentgenová difrakce, čímž byla zároveň vyloučena přítomnost krystalické síry. V práci jsou také prezentovány výsledky Ramanovy spektroskopie, pomocí které byla poprvé prezentována možnost použít tuto metodu pro určení množstevních poměrů vstupních prekurzorů. Vybrané vzorky byly dále podrobeny testu rozpustnosti v procesních rozpouštědlech. Na základě získaných poznatků byly připraveny elektrody pro elektrochemické články (Li-S baterie). Homogenita distribuce elektroaktivního materiálu na elektrodě byla zkoumána pomocí prvkové mapy technikou EDS. Elektrochemická charakterizace vybraných vzorků elektrod s inverzně vulkanizovanou sírou byla provedena pomocí metod cyklické voltametrie, elektrochemické impedanční spektroskopie a galvanostatického cyklování s potenciálovým limitem.This work focuses on research of lithium-sulfur batteries, which are a promising battery type due to their theoretically high capacity and low environmental impact. Steering away from the commonly used elementary sulfur as the electroactive material of the cathode, inversely vulcanized sulfur with amorphic structure was utilized instead, while the manufacturing process of which was improved and optimized during the research. A series of samples of inversely vulcanized sulfur was synthesised, each containing a different ratio of the input precursors. X-ray diffraction was used to verify the amorphic structure of the material, which simultaneously also ruled out the presence of crystalline sulfur. Additionally, this work presents the results of Raman spectroscopy. At the same time, the possibility of utilization of Raman spectroscopy to identify the exact quantitative ratios of the used precursors was presented for the first time. Specific samples were also handpicked to undertake a dissolution test involving procedural solvents. Electrodes for electrochemical cells (Li-S battery) were manufactured based upon the knowledge gathered. The distribution homogeneity of the electroactive material of the electrode was observed through creation of an elemental map using the EDS technique. Electrochemical characterization of the selected inversely vulcanized sulfur electrode samples was measured using various methods: cyclical voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic cycling with potential limitation.