Med den ökande efterfrågan på prisvärd och hållbar energi, den pågående utvecklingen av batterier med hög energitäthet är avgörande. Litium-svavelbatterier har uppmärksammats av både akademiska forskare och branschfolk på grund av deras höga energitäthet, låg kostnad, överflöd, icke-toxicitet och hållbarhet. Dock, Li-svavelbatterier tenderar att ha dåligt cykelliv och låg energitäthet på grund av svavelens låga konduktivitet och upplösning av litiumpolysulfidmellanprodukter i elektrolyterna, som genereras när rent svavel reagerar med Li-joner och elektroner.

För att kringgå dessa utmaningar, ett multiinstitutionellt forskarlag under ledning av Chunsheng Wang vid University of Maryland har utvecklat en ny kemi för en svavelkatod, som ger ökad stabilitet och högre energi för Li-svavelbatterier. Chao Luo - en biträdande professor i kemi och biokemi vid George Mason University - fungerade som första författare på studien, publiceras i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ) den 15 juni.

Många ledande material som grafen, kol nanorör, poröst kol och expanderad grafit användes för att förhindra upplösning av polysulfider och öka den elektriska ledningsförmågan hos svavelkatoder - utmaningen här är att kapsla in svavlet i nanoskala i en ledande kolmatris med hög svavelhalt för att undvika bildandet av polysulfider.

"Vi använde den kemiska bindningen mellan svavel och syre/kol för att stabilisera svavel, ", sa Luo. "Detta inkluderade en högtemperaturbehandling för att förånga det "orörda" svavlet och förkolna den syrerika organiska föreningen i ett vakuumglasrör för att bilda en tät syrestabiliserad svavel/kolkomposit med hög svavelhalt."

Dessutom, skanningelektronmikroskop (SEM) och transmissionselektronmikroskopi (TEM) instrument, Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och parfördelningsfunktion användes för att illustrera elektrodernas reaktionsmekanism.

"I de täta S/C-kompositmaterialen, det stabiliserade svavlet är jämnt fördelat i kol på molekylär nivå med en svavelhalt på 60 %, "Wang sa. "Bildandet av fast elektrolyt-interfas under aktiveringscyklerna förseglar helt svavlet i en kolmatris, erbjuder överlägsen elektrokemisk prestanda under magra elektrolytförhållanden. "

Li-svavelbatterier har tillämpningar i hushålls- och handhållen elektronik, elektriska fordon, storskaliga energilagringsenheter och mer.