p A demanda por dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho está crescendo. Há uma necessidade de alta densidade de energia, baterias recarregáveis, como veículos elétricos, eletrônicos portáteis, e a colheita de energia sustentável está em alta. As baterias convencionais de íon de lítio (Li-ion) estão maduras, mas limitadas em densidade de energia, e não satisfazem a crescente demanda por armazenamento superior de energia. p Baterias de lítio-enxofre (Li-S), com densidade de energia três a cinco vezes maior (~ 2600 Wh kg ^-1 em teoria) do que as baterias de íon-lítio, são um candidato promissor. "A densidade de energia tremendamente alta das baterias de Li-S se deve ao mecanismo de reação único. A transformação entre o enxofre e o sulfeto de lítio envolve uma transição de fase, dando uma capacidade extremamente alta em comparação com o mecanismo de intercalação, "diz o Dr. Qiang Zhang, um professor do Departamento de Engenharia Química, Universidade de Tsinghua, China. "Em eletrólitos apróticos comumente usados, a litiação do enxofre é composta de uma conversão sólido-líquido-sólido. Os intermediários solúveis, também conhecido como polissulfeto de lítio, suavizar o processo redox e permitir alta capacidade catódica. "

p Infelizmente, intermediário polissulfeto solúvel é uma bênção e uma maldição. Ao contribuir para a capacidade geral, a solubilidade de polissulfetos é acompanhada de difusividade, resultando em perda irreversível de enxofre ativo em eletrólito, ânodo ou volumes mortos.

p "O decaimento da capacidade causado pelo desprendimento dos polissulfetos da estrutura do cátodo tem sido um grande problema, obstruindo a ampla aplicação das baterias Li-S. A solução usual para resolver esse problema até o momento é suprimir a difusão do polissulfeto, como a adoção de camadas intermediárias funcionais, aditivos de proteção anódica, e novas configurações de eletrólitos, "diz Zhe Yuan, o primeiro autor deste trabalho. "Apesar disso, o transbordamento de polissulfetos no eletrólito não deve ser apenas imputado à sua difusão inevitável. A lenta taxa de reação redox de intermediários de polissulfeto também é a culpada. "

p Zhang e seus colegas de trabalho encontraram uma analogia intrigante de transbordamento de polissulfeto - uma inundação real - e se inspiraram. "Comparado a bloquear o dilúvio com diques, cavar e alargar canais ou canais são abordagens aparentemente mais eficazes na mitigação de inundações, "diz Qiang." Da mesma forma, acelerando a reação redox de polissulfeto, que é originalmente lento, remove a barreira do consumo de polissulfeto, e, portanto, alivia os efeitos prejudiciais induzidos pelo acúmulo de polissulfeto no eletrólito. "

p A equipe descobriu que era a incompatibilidade entre as moléculas de polissulfeto de lítio polares e os andaimes catódicos de nanocarbono comumente usados ​​que restringia a reatividade redox. Os materiais de nanocarbono são excelentes para baterias de Li-S, pois são altamente condutores e porosos. Mas sua característica de superfície apolar não favorece a fixação por polissulfetos heteropolares, "Nesse sentido, especulamos que seria vantajoso adicionar uma substância polar com alta afinidade para polissulfetos na estrutura do cátodo, e acabou por ser verdade, "diz Zhe.

p O aditivo mágico é dissulfeto de cobalto (CoS ₂ ), meio metálico, mineral abundante em terra. A equipe importou CoS ₂ em estruturas de grafeno por mistura mecânica fácil. Os cátodos modificados armados com interações aprimoradas entre CoS ₂ e os polissulfetos de lítio exibiram reações redox de polissulfeto substancialmente aceleradas, promoveram eficiências de energia e capacidades de descarga elevadas, como relatado em Nano Letras .