Pr Atsunori Matsuda, Pr Hiroyuki Muto, Professeur adjoint Kazuhiro Hikima, Professeur assistant Nguyen Huu Huy Phuc, Chercheur Reiko Matsuda, et M. Takaki Maeda (Master Program) au Département de génie électrique et électronique de l'information, L'Université de technologie de Toyohashi a fabriqué un matériau de soufre actif et un composite de nanofibres de carbone (CNF) en utilisant un processus en phase liquide simple et peu coûteux. Les batteries lithium-soufre tout solide utilisant un matériau composite soufre-CNF obtenu par procédé en phase liquide présentent une capacité de décharge plus élevée et une meilleure stabilité de cycle que celles des batteries secondaires lithium-ion. Ainsi, ces batteries lithium-soufre tout solide permettent de mener à l'avenir des applications dans des batteries à grande échelle telles que les véhicules électriques.

Batteries secondaires lithium-ion, le concept pour lequel a reçu le prix Nobel de chimie l'année dernière, ont été largement utilisés comme sources d'alimentation pour les smartphones, véhicules électriques, etc. Les batteries entièrement à semi-conducteurs ont également attiré l'attention en tant que batteries de nouvelle génération ces dernières années en raison de l'augmentation des véhicules hybrides et électriques. En particulier, Les batteries lithium-soufre tout solide ont attiré l'attention en raison de leur densité d'énergie cinq fois plus élevée que les batteries secondaires lithium-ion conventionnelles. Cependant, le soufre est un isolant, ce qui limite ainsi leur application dans les dispositifs à batterie. Afin de résoudre ce problème, le soufre doit être pourvu d'un chemin ionique et conducteur d'électrons.

Notre groupe de recherche a suggéré que les cathodes composites en combinant un matériau actif de soufre et des nanofibres de carbone (CNF) par une méthode d'assemblage électrostatique, qui peut combiner uniformément les matériaux dans une solution. Batteries lithium-soufre tout solide utilisant des composites soufre-CNF et Li électrochimiquement stable 2 S-P 2 S 5 Les électrolytes solides -LiI synthétisés par procédé en phase liquide ont montré une capacité de décharge élevée équivalente à la capacité théorique du soufre et ont maintenu une capacité élevée après des cycles de charge-décharge répétés.

Le premier auteur, Le professeur assistant Nguyen Huu Huy Phuc de l'Université de technologie de Toyohashi a expliqué ses caractéristiques « Il est nécessaire qu'un matériau actif au soufre et un matériau à base de carbone soient combinés de manière appropriée pour fabriquer des batteries au lithium-soufre à l'état solide de haute performance. Traditionnellement, les composites soufre-carbone ont été synthétisés par mélange mécanique, mélange liquide à l'aide d'un solvant organique spécial et de méthodes compliquées, dans lequel le soufre est associé à un matériau carboné poreux à haute surface spécifique. Cependant, il y avait peu de rapports indiquant que les batteries au lithium-soufre à l'état solide présentaient une capacité élevée presque équivalente à la capacité théorique du soufre et une stabilité de cycle élevée. Par conséquent, nous nous sommes concentrés sur la fabrication d'un composite soufre-carbone en utilisant une méthode d'adsorption électrostatique simple et peu coûteuse qui peut combiner uniformément des nanomatériaux. Il a été confirmé que le soufre au niveau du composite soufre-carbone synthétisé par la méthode d'adsorption électrostatique s'accumulait sur la nanofibre de carbone sous forme de feuilles. Nous avons construit des batteries au lithium-soufre entièrement à l'état solide et avons constaté que le soufre était pleinement utilisé comme matière active. L'autre mérite est que ce composite soufre-carbone peut être produit à moindre coût que les procédés conventionnels."

La méthode d'adsorption électrostatique consiste à adsorber électrostatiquement des particules mères plus grosses et des particules plus petites en ajustant les charges de surface des particules à l'aide de polyélectrolytes afin d'induire une interaction électrostatique. Bien que la conception d'une variété de composites céramiques par adsorption électrostatique ait déjà été signalée, l'ajustement des charges surfaciques de soufre est difficile. Cependant, notre groupe de recherche a réussi à ajuster la charge en utilisant des réactions chimiques, dans laquelle Na 2 S et S ont réagi dans de l'eau ayant subi un échange d'ions pour former du Na soluble aqueux 2 S 3 . Par conséquent, cette étude a abouti à un nouveau procédé chimique en appliquant le principe de base de l'adsorption électrostatique.

Cette méthode est une méthode peu coûteuse et relativement simple pour préparer des composites soufre-carbone, il convient donc à la production de masse. Des batteries lithium-soufre tout solide utilisant une matière active soufrée seront mises en pratique par cette méthode. Outre, il est attendu l'amélioration exponentielle de la densité énergétique des véhicules électriques, batteries de source d'alimentation de grande taille pour un usage domestique et professionnel.