p Enxofre, em tremenda abundância como subprodutos da indústria do petróleo, é uma das soluções mais intrigantes para resolver o dilema da energia, manifestando a química entre o enxofre e o lítio. Assim, baterias de lítio-enxofre que empregam par redox de lítio-enxofre teoricamente fornecem densidade de energia de 2.600 Wh kg-1, que é 3-5 vezes maior do que as baterias de íon de lítio tradicionais. Embora seja uma perspectiva promissora, ainda existem vários obstáculos que dificultam sua aplicação prática. Um dos mais significativos é o desvanecimento rápido da capacidade. p "A rápida deterioração da capacidade da bateria de lítio-enxofre é atribuída a muitos aspectos. Uma das razões mais amplamente aceitas é devido aos polissulfetos intermediários. Os polissulfetos são uma forma de transição do enxofre, parcialmente litiado, que é altamente polar e solúvel no eletrólito orgânico típico que usamos. Durante a alta, eles se dissolvem no eletrólito, difundir do cátodo para o ânodo, e reage com ânodo de lítio. Os materiais ativos são perdidos desta forma, causando enfraquecimento da capacidade, "disse o Dr. Qiang Zhang, um professor associado do Departamento de Engenharia Química, Universidade de Tsinghua. “Este assunto causa uma enorme preocupação e um esforço considerável é dedicado a resolver este problema. Mas também estamos interessados ​​em é outro assunto, a flutuação dinâmica da afinidade entre as diferentes espécies de enxofre e os materiais condutores do hospedeiro. "

p "Por causa do processo de transferência de múltiplos elétrons, as espécies de enxofre variam do enxofre elementar inicial, polissulfetos intermediários, e produto de descarga final de sulfetos de lítio. O enxofre não é polar, e, portanto, exibe a maior afinidade para hospedeiros de carbono convencionais. Embora os polissulfetos e os sulfetos de lítio sejam altamente polares, enfraquecendo a interação entre eles e o carbono. Devido a essa interação ruim, eles se destacam facilmente do hospedeiro de carbono e não contribuem com nenhuma capacidade. Como resultado, o desempenho de uma bateria de lítio-enxofre se deteriora rapidamente quando apenas hospedeiros de carbono puro são empregados, "disse Qiang." Consequentemente, uma questão chave é como escolher um material hospedeiro ideal com alta afinidade tanto para o enxofre não polar quanto para os polissulfetos polares, bem como sulfetos de lítio. "

p Aqui em, nanotubos de carbono dopados com nitrogênio foram adotados como material hospedeiro para o cátodo de enxofre. Os átomos de nitrogênio com maior eletronegatividade são incorporados às redes grafíticas dos nanotubos de carbono, que demonstrou capacidade de ajustar a estrutura eletrônica e as propriedades da superfície. Como os átomos de nitrogênio dopados afetam o comportamento eletroquímico quando os nanotubos de carbono dopados com nitrogênio são aplicados na bateria de lítio-enxofre?

p Hong-Jie Peng, um estudante de graduação e o primeiro autor, deliberadamente respondeu a esta pergunta. "Em primeiro lugar, conduzimos um estudo de teoria funcional de densidade (DFT) e projetamos três modelos moleculares para ilustrar o carbono puro, carbono com nitrogênio na borda, que chamamos de nitrogênio piridínico, e carbono com nitrogênio substituindo o átomo de carbono central, que chamamos de nitrogênio quaternário. Por meio de cálculos teóricos, descobrimos que nanotubos de carbono dopados com nitrogênio exibiram interação mais forte com polissulfetos e sulfetos de lítio. Isso é atribuído à adsorção dessas espécies polares de enxofre nos locais dopados com nitrogênio carregados negativamente. Ele revelou que nanotubo de carbono dopado com nitrogênio pode valer a pena tentar. "

p "Então, acabamos de preparar compostos de nanotubo de carbono / enxofre dopados com nitrogênio e montamos baterias para verificar se nossos resultados teóricos eram confiáveis. Surpreendentemente, o experimento eletroquímico combinou muito bem com a previsão teórica. Comparando com a bateria à base de nanotubo de carbono bruto, a vida de ciclismo foi significativamente promovida por seis vezes. Além disso, análises eletroquímicas delicadas apoiaram os resultados teóricos e o desempenho da célula ", disse Hong-Jie. Este trabalho propõe a importância de uma interface dinâmica estável entre os hospedeiros de carbono e os hóspedes contendo enxofre e lança uma nova luz sobre o mecanismo de decaimento da bateria de lítio-enxofre, que foi publicado recentemente em Interfaces de materiais avançados .

p "Materiais hospedeiros mais avançados que satisfaçam a demanda de anfifilicidade para espécies de enxofre polares e não polares serão explorados, "Qiang disse.