L'augmentation considérable de l'utilisation de la technologie mobile, électronique portable, et une large gamme d'appareils portables en général au cours des dernières décennies, a poussé les scientifiques du monde entier à rechercher la prochaine percée dans les batteries rechargeables. Les batteries lithium-soufre (LSB) - composées d'une cathode à base de soufre et d'une anode au lithium immergées dans un électrolyte liquide - sont des candidats prometteurs pour remplacer l'omniprésente batterie lithium-ion en raison de leur faible coût et de la non-toxicité et de l'abondance de soufre.

Cependant, l'utilisation de soufre dans les batteries est délicate pour deux raisons. D'abord, pendant le cycle de "décharge", des polysulfures de lithium solubles (LiPS) se forment à la cathode, diffuser dans l'électrolyte, et atteindre facilement l'anode, où ils dégradent progressivement la capacité de la batterie. Seconde, le soufre est non conducteur. Ainsi, un matériau hôte conducteur et poreux est nécessaire pour accueillir le soufre et piéger simultanément LiPS à la cathode. Dans un passé récent, les structures hôtes à base de carbone ont été explorées en raison de leur conductivité. Cependant, les hôtes à base de carbone ne peuvent pas piéger les LiPS.

Dans une étude récente publiée dans Matériaux énergétiques avancés , des scientifiques de l'Institut des sciences et de la technologie de Daegu Gyeongbuk ont ​​proposé une nouvelle structure hôte appelée "silice mésoporeuse ordonnée en plaquettes (pOMS)". Ce qui est inhabituel dans leur choix, c'est que la silice, un oxyde métallique à faible coût, est en fait non conducteur. Cependant, la silice est hautement polaire et attire d'autres molécules polaires telles que LiPS.

Lors de l'application d'un agent conducteur à base de carbone sur la structure du pOMS, le soufre solide initial dans les pores de la structure se dissout dans l'électrolyte, d'où il diffuse ensuite vers l'agent conducteur carboné à réduire pour générer du LiPS. De cette façon, le soufre participe effectivement aux réactions électrochimiques nécessaires malgré la non conductivité de la silice. Pendant ce temps, la nature polaire du pOMS garantit que le LiPS reste proche de la cathode et éloigné de l'anode.

Les scientifiques ont également construit un analogue non polaire, structure hôte en carbone poreux conventionnelle hautement conductrice pour effectuer des expériences comparatives avec la structure pOMS. le professeur Jong-Sung Yu, qui a dirigé l'étude, remarque :« La batterie avec l'hôte de carbone présente une capacité initiale élevée qui chute rapidement en raison de la faible interaction entre le carbone non polaire et le LiPS. La structure de silice retient clairement beaucoup plus de soufre pendant les cycles continus; cela se traduit par une rétention de capacité et une stabilité beaucoup plus importantes. sur jusqu'à 2000 cycles."

Encore, tout cela considéré, L'idée la plus importante à tirer de cette étude est peut-être que les structures hôtes des LSB n'ont pas besoin d'être aussi conductrices qu'on le pensait auparavant. Le professeur Yu dit, "Nos résultats sont surprenants, car personne n'aurait jamais pensé que la silice non conductrice pourrait être un hôte de soufre très efficace et même surpasser les hôtes de carbone de pointe. » Cette étude élargit la sélection de matériaux hôtes pour les LSB et pourrait conduire à un changement de paradigme dans la réalisation de batteries au soufre de nouvelle génération.