O tremendo aumento no uso de tecnologia móvel, eletrônicos vestíveis, e uma ampla gama de dispositivos portáteis em geral nas últimas décadas, levou cientistas de todo o mundo a buscar a próxima descoberta em baterias recarregáveis. As baterias de lítio-enxofre (LSBs) - compostas de um cátodo à base de enxofre e ânodo de lítio submerso em um eletrólito líquido - são candidatas promissoras para substituir a onipresente bateria de íons de lítio devido ao seu baixo custo e à não toxicidade e abundância de enxofre.

Contudo, usar enxofre em baterias é complicado por dois motivos. Primeiro, durante o ciclo de "alta", polissulfetos de lítio solúveis (LiPS) se formam no cátodo, difundir no eletrólito, e alcançar facilmente o ânodo, onde eles degradam progressivamente a capacidade da bateria. Segundo, o enxofre não é condutor. Assim, um material hospedeiro condutor e poroso é necessário para acomodar o enxofre e, simultaneamente, prender o LiPS no cátodo. No passado recente, Estruturas hospedeiras baseadas em carbono têm sido exploradas por causa de sua condutividade. Contudo, hosts baseados em carbono não podem capturar LiPS.

Em um estudo recente publicado em Materiais de energia avançados , cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk propuseram uma nova estrutura hospedeira chamada "sílica mesoporosa ordenada de plaquetas (pOMS)". O que é incomum em sua escolha é que a sílica, um óxido de metal de baixo custo, é realmente não condutor. Contudo, a sílica é altamente polar e atrai outras moléculas polares, como LiPS.

Após a aplicação de um agente condutor à base de carbono à estrutura de pOMS, o enxofre sólido inicial nos poros da estrutura se dissolve no eletrólito, de onde ele então se difunde em direção ao agente à base de carbono condutor para ser reduzido para gerar LiPS. Desta forma, o enxofre participa efetivamente das reações eletroquímicas necessárias, apesar da não condutividade da sílica. Enquanto isso, a natureza polar do pOMS garante que o LiPS permaneça perto do cátodo e longe do ânodo.

Os cientistas também construíram um análogo não polar, estrutura hospedeira de carbono poroso convencional altamente condutora para realizar experimentos comparativos com a estrutura pOMS. Prof Jong-Sung Yu, quem liderou o estudo, observa:"A bateria com o hospedeiro de carbono exibe alta capacidade inicial que logo cai devido à interação fraca entre o carbono apolar e LiPS. A estrutura de sílica claramente retém muito mais enxofre durante os ciclos contínuos; isso resulta em muito maior capacidade de retenção e estabilidade em até 2.000 ciclos. "

Ainda, tudo isso considerado, talvez o insight mais importante a derivar deste estudo é que as estruturas hospedeiras para LSBs não precisam ser tão condutoras como se pensava anteriormente. O professor Yu disse:"Nossos resultados são surpreendentes, como ninguém jamais poderia ter pensado que a sílica não condutiva poderia ser um hospedeiro de enxofre altamente eficiente e até mesmo superar os hospedeiros de carbono de última geração. "Este estudo amplia a seleção de materiais hospedeiros para LSBs e pode levar a uma mudança de paradigma na realização de baterias de enxofre de próxima geração.