p A tecnologia de bateria de íon de lítio (LIBs) é uma das fontes de energia móvel mais importantes para laptops, máquinas fotográficas, e telefones inteligentes. Contudo, a densidade de energia atual dos LIBs está se aproximando do limite teórico, o que ressalta a necessidade urgente de novos sistemas de bateria de alta densidade de energia. Entre os sistemas de armazenamento de alta densidade de energia, baterias de lítio-enxofre, com densidade de energia de 2600 Wh kg ^-1 (quase 3 a 5 vezes do que os LIBs tradicionais), tem potencial para servir como bateria de alta energia de próxima geração. O enxofre possui uma condutividade elétrica muito baixa de 5x10 ^-30 S cm-1 à temperatura ambiente. Portanto, 30-70 em peso porcentagem de materiais condutores, por exemplo. nanotubos de carbono, grafeno, carbono poroso, e polímeros condutores, deve ser adicionado ao eletrodo para alta utilização de enxofre na tecnologia de processamento atual. A adição de materiais de nanocarbono com baixa densidade de empilhamento neutraliza a alta densidade de energia, especialmente a densidade de energia volumétrica das baterias de lítio-enxofre. p Os pesquisadores do grupo do Prof. Qiang Zhang da Universidade de Tsinghua em Pequim desenvolveram uma nova estratégia para aumentar a carga de enxofre em até 90 por cento em peso em materiais catódicos com base em um andaime CNT / S alinhado, que beneficia a densidade de energia volumétrica ultra-alta das baterias de lítio-enxofre. Uma capacidade volumétrica de 1116 mAh ・ cm-3 e densidade de energia volumétrica de 434 Wh ・ L ^-1 foram alcançados com base no volume da célula total, incluindo cátodo, colecionador atual, membrana, ânodo, que estava muito além da bateria de película fina de lítio. A equipe publicou suas descobertas em uma edição recente da Nano Energia (2014, 4, 65-72).

p "O projeto de materiais de cátodo de enxofre para baterias de lítio-enxofre com alta densidade de energia volumétrica é crucial para aplicações práticas, "disse Qiang." Selecionamos os CNTs alinhados como o andaime ultraleve porque eles demonstram uma arquitetura porosa hierárquica, condutividade elétrica extremamente alta, densidade baixa, além de baixo custo. "Na verdade, tais tipos de CNTs alinhados com um comprimento de 20-200 μm foram produzidos em massa em um reator de leito fluidizado a um baixo custo de menos de $ 100 por kg ^-1 . "Esses CNTs alinhados podem ser facilmente dispersos em polímero com um limiar de percolação condutiva ultrabaixo de 0,0025 por cento em peso. Obviamente, eles também podem servir como um andaime condutor de alta eficiência para materiais de enxofre. "O Prof. Fei Wei acrescenta, "Encontramos um escalonável, temperatura do quarto, método de uma etapa para a fabricação de um CNT / catodo de enxofre alinhado. O material catódico composto possui teor de enxofre ultra-alto de 90 por cento em peso e uma alta densidade de 1,98 g cm ^-3 , que é 2 a 4 vezes maior do que a do cátodo composto de enxofre / carbono de rotina. Portanto, a densidade volumétrica de energia desta pesquisa está muito além do resultado relatado. "

p Como o Prof. Zhang aponta, esta abordagem lança alguma luz sobre a construção de baterias de lítio-enxofre com alta densidade de energia volumétrica usando um cátodo composto de alta densidade com grande quantidade de enxofre. Trabalhos futuros no desenvolvimento de baterias de lítio-enxofre podem se concentrar na estratégia de aliviar o efeito de vaivém e suprimir os dendritos de lítio, e melhorias adicionais na densidade de energia gravimétrica e volumétrica dos sistemas eletroquímicos de lítio-enxofre.