Den enorma ökningen av användningen av mobil teknik, bärbar elektronik, och ett brett utbud av bärbara enheter i allmänhet under de senaste decennierna, har drivit forskare över hela världen att leta efter nästa genombrott i laddningsbara batterier. Litium-svavelbatterier (LSB)-bestående av en svavelbaserad katod och litiumanod nedsänkt i en flytande elektrolyt-är lovande kandidater att byta ut det allestädes närvarande litiumjonbatteriet på grund av deras låga kostnad och svagt giftfrihet och överflöd av svavel.

Dock, Att använda svavel i batterier är svårt av två skäl. Först, under "urladdnings" -cykeln, lösliga litiumpolysulfider (LiPS) bildas vid katoden, diffundera in i elektrolyten, och lätt nå anoden, där de gradvis försämrar batteriets kapacitet. Andra, svavel är icke-ledande. Således, ett ledande och poröst värdmaterial krävs för att rymma svavel och samtidigt fälla LiPS vid katoden. På senare tid har kolbaserade värdstrukturer har undersökts på grund av deras konduktivitet. Dock, kolbaserade värdar kan inte fånga upp LiPS.

I en ny studie publicerad i Avancerade energimaterial , forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology föreslog en ny värdstruktur kallad "trombocytordnad mesoporös kiseldioxid (pOMS)." Det som är ovanligt med deras val är att kiseldioxid, en billig metalloxid, är faktiskt icke-ledande. Dock, kiseldioxid är mycket polärt och lockar till sig andra polära molekyler som LiPS.

Vid applicering av ett konduktivt kolbaserat medel på pOMS-strukturen, det ursprungliga fasta svavel i porerna i strukturen löses upp i elektrolyten, varifrån det sedan diffunderar mot det ledande kolbaserade medlet som ska reduceras för att generera LiPS. På detta sätt, svavlet deltar effektivt i de nödvändiga elektrokemiska reaktionerna trots kiseldioxidens icke-konduktivitet. Under tiden, pOMS polära natur säkerställer att LiPS förblir nära katoden och bort från anoden.

Forskarna konstruerade också en analog opolär, mycket ledande konventionell porös-kol-värdstruktur för att köra jämförande experiment med pOMS-strukturen. Prof Jong-Sung Yu, som ledde studien, säger:"Batteriet med kolvärden uppvisar hög initial kapacitet som snart sjunker på grund av den svaga interaktionen mellan opolärt kol och LiPS. Kiseldioxidstrukturen behåller tydligt mycket mer svavel under kontinuerliga cykler; detta resulterar i mycket större kapacitetsretention och stabilitet över så många som 2000 cykler. "

Än, allt detta övervägt, den kanske viktigaste insikten från denna studie är att värdstrukturer för LSB inte behöver vara så ledande som man tidigare trodde. Prof Yu säger, "Våra resultat är förvånande, som ingen någonsin skulle ha trott att icke-ledande kiseldioxid kan vara en mycket effektiv svavelvärd och till och med överträffa toppmoderna kolvärdar. "Denna studie breddar urvalet av värdmaterial för LSB och kan leda till ett paradigmskifte för att förverkliga nästa generations svavelbatterier.