Prof. Atsunori Matsuda, Prof. Hiroyuki Muto, Assistent Prof. Kazuhiro Hikima, Assisterande professor Nguyen Huu Huy Phuc, Forskare Reiko Matsuda, och Takaki Maeda (Masterprogram) vid Institutionen för elektrisk och elektronisk informationsteknik, Toyohashi tekniska universitet har tillverkat ett aktivt svavelmaterial och kolnanofiber (CNF) -komposit med en billig och enkel vätskefasprocess. Litium-svavelbatterier i helt tillstånd som använder ett svavel-CNF-kompositmaterial som erhålls genom vätskefasprocess visar en högre urladdningskapacitet och bättre cykelstabilitet än litiumjon-sekundära batterier. Således, Dessa litium-svavelbatterier i helt tillstånd gör det möjligt att i framtiden leda till applikationer i storskaliga batterier, t.ex. elfordon.

Litium-jon sekundära batterier, konceptet som tilldelades Nobelpriset i kemi förra året, har använts i stor utsträckning som strömkällor för smartphones, elektriska fordon, etc. All-solid-state batterier har också väckt uppmärksamhet som nästa generations batterier de senaste åren på grund av ökningen av hybrid- och elbilar. Särskilt, litium-svavelbatterier med hel solid-state har uppmärksammats på grund av fem gånger högre energitäthet än konventionella litiumjon-sekundära batterier. Dock, svavel är en isolator, vilket begränsar deras användning i batterier. För att lösa detta problem, svavel måste förses med en jonisk och elektronledande väg.

Vår forskargrupp föreslog att katodkompositer genom att kombinera ett svavelaktivt material och kolnanofiber (CNF) med en elektrostatisk monteringsmetod, som enhetligt kan kombinera material i en lösning. Litiumsvavelbatterier i helt tillstånd med svavel-CNF-kompositer och elektrokemiskt stabilt Li ₂ S-P ₂ S ₅ -LiI fasta elektrolyter syntetiserade genom vätskefasprocess visade hög urladdningskapacitet motsvarande svavelteoretisk kapacitet och upprätthöll hög kapacitet efter upprepade laddningsurladdningscykler.

Den första författaren, Assistant Prof. svavel-kolkompositer syntetiserades genom mekanisk blandning, vätskeblandning med ett speciellt organiskt lösningsmedel och komplicerade metoder, där svavel kombineras med ett poröst kolmaterial med en hög specifik ytarea. Dock, det fanns få rapporter om att litium-svavelbatterier i helt tillstånd uppvisade hög kapacitet som nästan motsvarade den teoretiska kapaciteten för svavel och hög cykelstabilitet. Därför, vi fokuserade på att göra en svavel-kol-komposit med hjälp av en billig och enkel elektrostatisk adsorptionsmetod som enhetligt kan kombinera nanomaterial. Det bekräftades att svavel vid svavel-kolkomposit syntetiserat med elektrostatisk adsorptionsmetod ackumulerades på kolnanofiber i form av ark. Vi konstruerade hel-litium svavelbatterier och fann att svavel var fullt utnyttjat som ett aktivt material. Den andra förtjänsten är att denna svavel-kolkomposit kan produceras till lägre kostnad än konventionella processer. "

Den elektrostatiska adsorptionsmetoden är att större moderpartiklar och mindre partiklar adsorberas elektrostatiskt genom att justera ytladdningar av partiklarna med användning av polyelektrolyter för att inducera en elektrostatisk interaktion. Även om design av en mängd olika keramiska kompositer genom elektrostatisk adsorption redan rapporterats, justeringen av ytladdningarna för svavel är svår. Dock, vår forskargrupp lyckades med laddningsjusteringen genom att använda kemiska reaktioner, i vilken Na ₂ S och S reagerade i jonbytt vatten för att bilda vattenlösligt Na ₂ S ₃ . Därför, denna studie uppnådde en ny kemisk process genom att tillämpa grundprincipen för elektrostatisk adsorption.

Denna metod är en billig och relativt enkel metod för framställning av svavel-kolkompositer, så den är lämplig för massproduktion. Litium-svavelbatterier i helt tillstånd som använder ett svavelaktivt material kommer att användas praktiskt med denna metod. Förutom, det förväntas en exponentiell förbättring av elektriska fordons energitäthet, stora batterier för hushåll och företag.