p Com o rápido desenvolvimento de dispositivos eletrônicos portáteis, automóveis elétricos, e armazenamento de energia renovável, são necessários sistemas de armazenamento de energia de alta densidade. Baterias de íon-lítio, embora maduro e amplamente utilizado, encontraram o limite teórico e, portanto, não podem atender à necessidade urgente de alta densidade de energia. Baterias de lítio-enxofre, possuindo uma densidade de energia teórica de 2600 Wh kg-1, que são aproximadamente 4 vezes mais do que as baterias de íon de lítio usadas comercialmente, são considerados candidatos fortes. A abundância e a natureza ecológica do elemento enxofre como material catódico são fatores do enorme potencial das baterias de lítio-enxofre. A combinação de nanocarbono e enxofre é eficaz para superar a natureza isolante do enxofre para baterias de lítio-enxofre. p "Devido à excelente condutividade elétrica, resistência mecânica e estabilidade química, materiais de nanocarbono têm desempenhado um papel essencial na área de armazenamento avançado de energia, "disse o Dr. Qiang Zhang, professor associado do Departamento de Engenharia Química da Universidade Tsinghua.

p Contudo, a maioria das contribuições relativas aos cátodos compostos de carbono / enxofre possuem uma carga de área relativamente baixa de enxofre de menos de 2,0 mg cm ^-2 , o que impediu a demonstração completa do excelente desempenho dos cátodos compostos C / S. "A capacidade de área das baterias de íon-lítio usadas comercialmente é de cerca de 4 mAh cm ^-2 , e portanto, o carregamento de área de enxofre no cátodo das baterias de lítio-enxofre precisa ser muito melhorado, "disse Qiang.

p Recentemente, cientistas da Universidade de Tsinghua criaram um eletrodo de papel de nanotubo de carbono autônomo com alta carga de enxofre para baterias de lítio-enxofre.

p Uma estratégia de baixo para cima foi empregada e uma estrutura hierárquica foi projetada e alcançada.

p "Selecionamos nanotubos de carbono (CNT) como o bloco de construção", Qiang disse ao Phys.org, "Os CNTs são um dos enchimentos condutores mais eficientes e eficazes para eletrodo. Selecionamos os CNTs de paredes múltiplas curtas (MWCNTs) com comprimentos de 10-50 μm como a rede condutora elétrica de curto alcance para suportar o enxofre, bem como CNTs superlongos com comprimentos de 1000-2000 μm de CNTs alinhados verticalmente (VACNTs) como redes condutivas de longo alcance e aglutinantes interpenetrados para o eletrodo de papel independente hierárquico. "

p "Desenvolvemos uma rotina de baixo para cima na qual o enxofre foi inicialmente bem disperso na rede MWCNT para obter blocos de construção MWCNT @ S e, em seguida, MWCNT @ S e VACNTs foram montados em filmes macro-CNT-S por meio da dispersão em etanol seguida por vácuo filtração ", Zhe Yuan, um estudante na Universidade de Tsinghua, explicado, "Esses eletrodos de enxofre com andaimes de CNT hierárquicos podem acomodar mais de 5 a 10 vezes as espécies de enxofre em comparação com eletrodos convencionais em coletores de corrente de folha de metal, mantendo o alto nível de utilização de enxofre."

p Na maioria das células Li-S relatadas, folha de alumínio foi usada como coletor de corrente e um procedimento de revestimento de pasta de rotina foi amplamente utilizado. Contudo, havia uma proporção de 10 a 50% em peso de ligantes, agentes condutores, bem como a modificação de precursores no eletrodo, que neutralizou a vantagem do sistema Li-S em alta capacidade específica.

p Aqui em, nenhuma folha de alumínio ou ligantes foram empregados nesta pesquisa.

p "Uma capacidade de descarga inicial de 6,2 mAh cm ^-2 (995 mAh g-1), uma utilização de 60% de enxofre, e uma taxa de desvanecimento cíclico lento de 0,20% / ciclo dentro dos 150 ciclos iniciais a uma densidade de corrente baixa de 0,05 C foram alcançados, "diz o co-autor Jia-Qi Huang da Universidade de Tsinghua." A capacidade de área pode ser aumentada para 15,1 mAh cm ^-2 empilhando três eletrodos de papel CNT-S, com uma carga de enxofre de área de 17,3 mg cm ^-2 como o cátodo em uma célula Li-S. "Este trabalho foi publicado no Volume 24, Edição 39 de Material Funcional Avançado em 22 de outubro, 2014.

p Este experimento de prova de conceito indica que o projeto racional do eletrodo nanoestruturado oferece a possibilidade do uso eficiente de materiais ativos como carregamento prático. "O procedimento atual de fabricação de eletrodos de baixo para cima é eficaz para a preparação de eletrodos de papel flexíveis em grande escala com boa distribuição de todos os compostos funcionais, que também é favorável para o grafeno, CNT-grafeno, Eletrodos flexíveis à base de óxido de metal CNT, "Qiang disse." O eletrodo de papel autônomo obtido é promissor para as aplicações onipresentes de baterias de Li-S com baixo custo, altas densidades de energia para futuros dispositivos eletrônicos flexíveis, como eletrônicos inteligentes e telas de roll-up. "