Le batterie al litio-zolfo sono considerate uno dei candidati più promettenti per la prossima generazione di dispositivi di accumulo di energia. Hanno una densità di energia gravimetrica teorica che è cinque volte superiore a quella delle migliori batterie agli ioni di litio attualmente disponibili. E funzionano anche a temperature sotto lo zero fino a -50 °C. Inoltre, lo zolfo è economico ed ecologico.

Però, la loro capacità finora è diminuita drasticamente ad ogni ciclo di carica-scarica, in modo che tali batterie non siano ancora di lunga durata. La perdita di capacità è causata da complicati processi di reazione agli elettrodi all'interno della cella della batteria. È quindi particolarmente importante capire esattamente come precipitano e si dissolvono i prodotti di carica (zolfo) e di scarico (solfuro di litio). Mentre lo zolfo precipita macroscopicamente e quindi si presta all'esame mediante tecniche di imaging o diffrazione dei raggi X durante il ciclismo, il solfuro di litio è difficile da rilevare a causa delle sue dimensioni delle particelle inferiori a 10 nm.

La comprensione di ciò è stata ora fornita per la prima volta da indagini con la sorgente di neutroni BER II presso l'HZB. Il Dr. Sebastian Risse ha utilizzato una cella di misura da lui sviluppata per illuminare le batterie litio-zolfo con neutroni durante i cicli di carica e scarica (operando) e contemporaneamente ha eseguito misurazioni aggiuntive con la spettroscopia di impedenza.

Ciò ha consentito a lui e al suo team di analizzare la dissoluzione e la precipitazione del solfuro di litio con estrema precisione durante dieci cicli di scarica/carica. Poiché i neutroni interagiscono fortemente con il deuterio (idrogeno pesante), i ricercatori hanno utilizzato un elettrolita deuterato nella cella della batteria per rendere visibili entrambi i prodotti solidi (zolfo e solfuro di litio).

La loro conclusione:"Abbiamo osservato che la precipitazione del solfuro di litio e dello zolfo non avviene all'interno degli elettrodi di carbonio microporosi, ma invece sulla superficie esterna delle fibre di carbonio, " afferma Risse. Questi risultati forniscono una guida preziosa per lo sviluppo di elettrodi per batterie migliori.