Prof. Atsunori Matsuda, Prof. Hiroyuki Muto, Assistente Prof. Kazuhiro Hikima, Professor Assistente Nguyen Huu Huy Phuc, Pesquisadora Reiko Matsuda, e o Sr. Takaki Maeda (Programa de Mestrado) no Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Informação, A Toyohashi University of Technology fez um composto de material de enxofre ativo e nanofibra de carbono (CNF) usando um processo de fase líquida simples e de baixo custo. As baterias de lítio-enxofre de estado sólido usando um material composto de enxofre-CNF obtido pelo processo de fase líquida mostram uma capacidade de descarga mais alta e melhor estabilidade de ciclo do que as baterias secundárias de íon-lítio. Assim, essas baterias de lítio-enxofre de estado sólido possibilitam aplicações em baterias de grande escala, como veículos elétricos no futuro.

Baterias secundárias de íon-lítio, o conceito pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Química no ano passado, têm sido amplamente usados ​​como fontes de energia para smartphones, Veículos elétricos, Baterias de estado sólido também têm atraído atenção como baterias de próxima geração nos últimos anos devido ao aumento de veículos híbridos e elétricos. Em particular, as baterias de lítio-enxofre de estado sólido têm atraído a atenção por causa da densidade de energia cinco vezes maior do que as baterias secundárias convencionais de íon-lítio. Contudo, enxofre é um isolante, o que, portanto, limita sua aplicação em dispositivos de bateria. Para resolver este problema, o enxofre deve ser fornecido com um caminho iônico e condutor de elétrons.

Nosso grupo de pesquisa sugeriu que os compósitos catódicos combinando um material ativo de enxofre e nanofibra de carbono (CNF) por um método de montagem eletrostática, que pode combinar materiais uniformemente em uma solução. Baterias de lítio enxofre de estado sólido usando compostos de enxofre-CNF e Li eletroquimicamente estável ₂ S-P ₂ S ₅ Eletrólitos sólidos -LiI sintetizados pelo processo de fase líquida apresentaram alta capacidade de descarga equivalente à capacidade teórica do enxofre e mantiveram alta capacidade após repetidos ciclos de carga-descarga.

O primeiro autor, O professor assistente Nguyen Huu Huy Phuc da Toyohashi University of Technology explicou suas características "É necessário que um material ativo de enxofre e um material de carbono sejam combinados de forma adequada para a fabricação de baterias de enxofre de lítio totalmente em estado sólido de alto desempenho. Convencionalmente, compostos de enxofre-carbono foram sintetizados por mistura mecânica, mistura de líquidos usando um solvente orgânico especial e métodos complicados, em que o enxofre é combinado com um material de carbono poroso com uma alta área de superfície específica. Contudo, houve poucos relatos de que baterias de lítio-enxofre de estado sólido mostraram alta capacidade quase equivalente à capacidade teórica de enxofre e alta estabilidade de ciclo. Portanto, nos concentramos em fazer um composto de enxofre-carbono usando um método de adsorção eletrostática simples e de baixo custo que pode combinar nanomateriais uniformemente. Foi confirmado que o enxofre no compósito enxofre-carbono sintetizado pelo método de adsorção eletrostática foi acumulado na nanofibra de carbono na forma de folhas. Construímos baterias de lítio-enxofre totalmente sólidas e descobrimos que o enxofre foi totalmente utilizado como material ativo. O outro mérito é que este composto de enxofre-carbono pode ser produzido a um custo mais baixo do que os processos convencionais. "

O método de adsorção eletrostática é que as partículas-mãe maiores e as partículas menores são adsorvidas eletrostaticamente ajustando as cargas superficiais das partículas usando polieletrólitos para induzir uma interação eletrostática. Embora o projeto de uma variedade de compósitos cerâmicos por adsorção eletrostática já tenha sido relatado, o ajuste das cargas superficiais de enxofre é difícil. Contudo, nosso grupo de pesquisa teve sucesso no ajuste de carga usando reações químicas, em que Na ₂ S e S reagiram em água trocada por íons para formar Na solúvel aquoso ₂ S ₃ . Portanto, este estudo alcançou um novo processo químico aplicando o princípio básico da adsorção eletrostática.

Este método é um método de baixo custo e relativamente simples para a preparação de compostos de enxofre-carbono, por isso é adequado para produção em massa. Baterias de lítio-enxofre de estado sólido usando um material ativo de enxofre serão colocadas em uso prático por este método. Além do mais, espera-se a melhora exponencial na densidade de energia dos veículos elétricos, baterias de fonte de alimentação de grande porte para uso doméstico e comercial.