As baterias de lítio-enxofre têm sido um tema quente na pesquisa de baterias devido à sua capacidade de produzir até 10 vezes mais energia do que as baterias convencionais, o que significa que são uma grande promessa para aplicações em veículos elétricos que consomem muita energia.

Contudo, tem havido bloqueios de estradas fundamentais para a comercialização dessas baterias de enxofre. Um dos principais problemas é a tendência de produtos de reação de lítio e enxofre, chamados polissulfetos de lítio, para se dissolver no eletrólito da bateria e viajar para o eletrodo oposto permanentemente. Isso faz com que a capacidade da bateria diminua ao longo de sua vida útil.

Pesquisadores da Bourns College of Engineering da University of California, Riverside investigou uma estratégia para evitar esse fenômeno de "transporte de polissulfeto", criando partículas de enxofre nanométricas, e revestindo-os em sílica (SiO2), também conhecido como vidro.

O trabalho é descrito em um artigo, "SiO2 - Partículas de enxofre revestidas como um material catódico para baterias de lítio-enxofre, "acaba de ser publicado online no jornal Nanoescala . Além disso, os pesquisadores foram convidados a enviar seus trabalhos para publicação na edição temática especial de dispositivos de energia à base de grafeno em nanoescala RSC.

Ph.D. alunos dos grupos de pesquisa de Cengiz Ozkan e Mihri Ozkan têm trabalhado no projeto de um material catódico no qual gaiolas de sílica "prendem" polissulfetos com uma camada muito fina de sílica, e os produtos de polissulfeto das partículas agora enfrentam uma barreira de aprisionamento - uma gaiola de vidro. A equipe usou um precursor orgânico para construir a barreira de captura.

"Nosso maior desafio foi otimizar o processo de depósito de SiO2 - não muito espesso, não muito fino, sobre a espessura de um vírus ", Mihri Ozkan disse.

Alunos de graduação Brennan Campbell, Jeffrey Bell, Baía de Hamed Hosseini, Zachary Favors, e Robert Ionescu descobriram que as partículas de enxofre enjauladas com sílica fornecem um desempenho de bateria substancialmente maior, mas sentiu que mais melhorias eram necessárias por causa do desafio com a quebra do invólucro de SiO2.

"Decidimos incorporar óxido de grafeno levemente reduzido (mrGO), um parente próximo do grafeno, como um aditivo condutor no projeto de material catódico, para fornecer estabilidade mecânica às estruturas em gaiola de vidro ", Cengiz Ozkan disse.

O cátodo de nova geração proporcionou uma melhoria ainda mais dramática do que o primeiro design, já que a equipe projetou uma barreira de captura de polissulfeto e uma manta de óxido de grafeno flexível que aproveita o enxofre e a sílica durante o ciclismo.

"O projeto da estrutura da casca do núcleo baseia-se essencialmente na funcionalidade de adsorção de superfície de polissulfeto da casca de sílica, mesmo se a casca quebrar ", Brennan Campbell disse. "A incorporação do mrGO serve bem ao sistema para manter as armadilhas de polissulfeto no lugar. O enxofre é semelhante ao oxigênio em sua reatividade e energia, mas ainda apresenta desafios físicos, e nosso novo projeto de cátodo permite que o enxofre se expanda e contraia, e ser aproveitado. "