Avec la demande croissante d'énergie abordable et durable, le développement continu de batteries à haute densité énergétique est vital. Les batteries lithium-soufre ont attiré l'attention des chercheurs universitaires et des professionnels de l'industrie en raison de leur haute densité énergétique, à bas prix, abondance, non-toxicité et durabilité. Cependant, Les batteries Li-soufre ont tendance à avoir une faible durée de vie et une faible densité d'énergie en raison de la faible conductivité du soufre et de la dissolution des intermédiaires de polysulfure de lithium dans les électrolytes, qui sont générés lorsque le soufre pur réagit avec les ions Li et les électrons.

Pour contourner ces défis, une équipe de recherche multi-institutionnelle dirigée par Chunsheng Wang à l'Université du Maryland a développé une nouvelle chimie pour une cathode de soufre, qui offre une stabilité accrue et une énergie plus élevée des batteries Li-soufre. Chao Luo, professeur adjoint de chimie et de biochimie à l'Université George Mason, a été le premier auteur de l'étude, publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) le 15 juin.

De nombreux matériaux conducteurs tels que le graphène, Nanotube de carbone, du carbone poreux et du graphite expansé ont été utilisés pour empêcher la dissolution des polysulfures et augmenter la conductivité électrique des cathodes de soufre - le défi ici est d'encapsuler le soufre à l'échelle nanométrique dans une matrice de carbone conductrice à haute teneur en soufre pour éviter la formation de polysulfures.

"Nous avons utilisé la liaison chimique entre le soufre et l'oxygène/carbone pour stabiliser le soufre, ", a déclaré Luo. "Cela comprenait un traitement à haute température pour vaporiser le soufre" vierge "et carboniser le composé organique riche en oxygène dans un tube de verre sous vide pour former un composite soufre/carbone dense stabilisé à l'oxygène avec une teneur élevée en soufre."

En outre, instruments de microscopie électronique à balayage (MEB) et de microscopie électronique à transmission (MET), La spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) et la fonction de distribution de paires ont été utilisées pour illustrer le mécanisme de réaction des électrodes.

"Dans les matériaux composites denses S/C, le soufre stabilisé est uniformément réparti en carbone au niveau moléculaire avec une teneur en soufre de 60 %, " a déclaré Wang. " La formation d'une interphase d'électrolyte solide pendant les cycles d'activation scelle complètement le soufre dans une matrice de carbone, offrant des performances électrochimiques supérieures dans des conditions d'électrolyte pauvre."

Les batteries Li-soufre ont des applications dans l'électronique domestique et portable, véhicules électriques, dispositifs de stockage d'énergie à grande échelle et au-delà.