As baterias de íon de lítio não estão atendendo às demandas de energia de dispositivos eletrônicos de alta potência, veículos elétricos e redes elétricas inteligentes. Para desenvolver baterias de maior capacidade, pesquisadores têm olhado para baterias de lítio-enxofre por causa da alta capacidade teórica e densidade de energia do enxofre.

Mas ainda existem vários problemas a resolver antes que as baterias de lítio-enxofre possam ser colocadas em aplicações práticas, como a condutividade elétrica intrinsecamente baixa do enxofre e a rápida deterioração da capacidade causada pelos polissulfetos que escapam do cátodo.

O maior problema é o efeito de vaivém que ocorre durante o ciclismo. Este efeito causa a difusão de polissulfetos do cátodo, criando perda de capacidade. Também consome muito lítio fresco e eletrólitos, e reduz o desempenho da bateria.

Para resolver o problema de transporte e melhorar o desempenho da bateria de enxofre de lítio, os autores de um artigo publicado em Materiais APL , criou um eletrodo estruturado em sanduíche usando um novo material que captura polissulfetos e aumenta a cinética da reação.

ZIF-67 é uma estrutura metal-orgânica (MOF) construída a partir de íons de metal ou aglomerados de metal e ligantes orgânicos. É uma grande promessa no armazenamento e separação de gás, catálise e armazenamento de energia. Os materiais derivados de MOF também são atraentes no armazenamento de energia devido à sua estrutura robusta, superfície porosa e alta condutividade.

Um eletrodo estruturado em sanduíche com enxofre imobilizado entre as camadas PZ67, PZ67 / S / PZ67, melhora a densidade de energia prática da bateria de enxofre de lítio para três a cinco vezes maior do que a das baterias de íon de lítio. O PZ67 é composto de materiais polares, e o carbono poroso apresentou efeito sinérgico na interação química, serviu como uma barreira física, ofereceu uma alta condutividade para proibir o efeito de transporte de polissulfeto e melhorou o desempenho de ciclagem das baterias.

"O PZ67 poroso não pode apenas absorver os polissulfetos para formar um confinamento, também pode melhorar a cinética da reação real dos materiais ativos durante o ciclo da bateria, "disse o autor Siwu Li." Isso significa que também pode melhorar a tensão de descarga da bateria, e isso é uma grande contribuição para melhorar a densidade de energia das baterias. "

O eletrodo estruturado em sanduíche que confina polissulfetos solúveis pode ser útil para quem trabalha com confinamento de materiais solúveis, Li disse. Sua equipe planeja continuar seu trabalho a fim de expandir o processo de fabricação do eletrodo híbrido usando um procedimento de prensagem a quente. Eles também planejam resolver as instabilidades no lado do ânodo das baterias de lítio-enxofre, possivelmente adicionando uma camada protetora.