As baterias de lítio-enxofre são consideradas uma das candidatas mais promissoras para a próxima geração de dispositivos de armazenamento de energia. Eles têm uma densidade de energia gravimétrica teórica que é cinco vezes maior do que a das melhores baterias de íons de lítio disponíveis atualmente. E eles funcionam até mesmo em temperaturas abaixo de zero de até -50 ° C. Além disso, o enxofre é barato e ecologicamente correto.

Contudo, sua capacidade até agora caiu drasticamente a cada ciclo de carga-descarga, de modo que essas baterias ainda não duram muito. A perda de capacidade é causada por complicados processos de reação nos eletrodos dentro da célula da bateria. Portanto, é particularmente importante entender exatamente como os produtos de carga (enxofre) e descarga (sulfeto de lítio) precipitam e se dissolvem. Enquanto o enxofre precipita macroscopicamente e, portanto, se presta ao exame por técnicas de imagem ou difração de raios-X durante o ciclo, o sulfeto de lítio é difícil de detectar devido ao seu tamanho de partícula abaixo de 10 nm.

Informações sobre isso agora foram fornecidas pela primeira vez por investigações com a fonte de nêutrons BER II no HZB. O Dr. Sebastian Risse usou uma célula de medição que ele desenvolveu para iluminar baterias de lítio-enxofre com nêutrons durante os ciclos de carga e descarga (operando) e simultaneamente realizou medições adicionais com espectroscopia de impedância.

Isso permitiu que ele e sua equipe analisassem a dissolução e precipitação do sulfeto de lítio com extrema precisão durante dez ciclos de descarga / carga. Uma vez que os nêutrons interagem fortemente com o deutério (hidrogênio pesado), os pesquisadores usaram um eletrólito deuterado na célula da bateria para tornar visíveis os produtos sólidos (enxofre e sulfeto de lítio).

A conclusão deles:"Observamos que a precipitação de sulfeto de lítio e enxofre não ocorre dentro dos eletrodos de carbono microporoso, mas em vez disso, na superfície externa das fibras de carbono, "diz Risse. Estes resultados fornecem um guia valioso para o desenvolvimento de eletrodos de bateria melhores.