Prof. Atsunori Matsuda, Prof. Hiroyuki Muto, Assistente Prof. Kazuhiro Hikima, Assistente Prof. Nguyen Huu Huy Phuc, La ricercatrice Reiko Matsuda, e Mr. Takaki Maeda (Master Program) presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Informazione, La Toyohashi University of Technology ha realizzato un materiale di zolfo attivo e un composito di nanofibre di carbonio (CNF) utilizzando un processo in fase liquida semplice ea basso costo. Le batterie completamente allo stato solido litio-zolfo che utilizzano un materiale composito zolfo-CNF ottenuto mediante processo in fase liquida mostrano una maggiore capacità di scarica e una migliore stabilità del ciclo rispetto a quelle delle batterie secondarie agli ioni di litio. Così, queste batterie completamente allo stato solido al litio-zolfo consentono di portare in futuro ad applicazioni in batterie su larga scala come i veicoli elettrici.

batterie secondarie agli ioni di litio, il concetto per il quale è stato assegnato il premio Nobel per la chimica l'anno scorso, sono stati ampiamente utilizzati come fonti di alimentazione per smartphone, veicoli elettrici, ecc. Anche le batterie a stato solido hanno attirato l'attenzione come batterie di nuova generazione negli ultimi anni a causa dell'aumento dei veicoli ibridi ed elettrici. In particolare, Le batterie completamente allo stato solido al litio-zolfo hanno attirato l'attenzione a causa della densità di energia cinque volte superiore rispetto alle batterie secondarie agli ioni di litio convenzionali. Però, lo zolfo è un isolante, che limita quindi la loro applicazione nei dispositivi a batteria. Per risolvere questo problema, lo zolfo deve essere dotato di un percorso ionico ed elettroconduttivo.

Il nostro gruppo di ricerca ha suggerito che i compositi catodici combinando un materiale attivo con zolfo e nanofibre di carbonio (CNF) mediante un metodo di assemblaggio elettrostatico, che può combinare uniformemente i materiali in una soluzione. Batterie completamente allo stato solido litio-zolfo che utilizzano compositi zolfo-CNF e Li . elettrochimicamente stabili ₂ S-P ₂ S ₅ -Gli elettroliti solidi LiI sintetizzati mediante processo in fase liquida hanno mostrato un'elevata capacità di scarica equivalente alla capacità teorica dello zolfo e hanno mantenuto un'elevata capacità dopo ripetuti cicli di carica-scarica.

Il primo autore, L'assistente prof. Nguyen Huu Huy Phuc della Toyohashi University of Technology ha spiegato le sue caratteristiche "È necessario che un materiale attivo di zolfo e un materiale di carbonio siano combinati in modo appropriato per realizzare batterie allo stato solido di litio e zolfo ad alte prestazioni. Convenzionalmente, compositi zolfo-carbonio sono stati sintetizzati mediante miscelazione meccanica, miscelazione di liquidi utilizzando uno speciale solvente organico e metodi complicati, in cui lo zolfo è combinato con un materiale carbonioso poroso con un'elevata superficie specifica. Però, ci sono state poche segnalazioni che le batterie al litio-zolfo a stato solido mostrassero un'elevata capacità quasi equivalente alla capacità teorica dello zolfo e alla stabilità del ciclo elevato. Perciò, ci siamo concentrati sulla realizzazione di un composito zolfo-carbonio utilizzando un metodo di adsorbimento elettrostatico semplice ea basso costo in grado di combinare uniformemente i nanomateriali. È stato confermato che lo zolfo nel composito zolfo-carbonio sintetizzato mediante il metodo di adsorbimento elettrostatico è stato accumulato su nanofibre di carbonio sotto forma di fogli. Abbiamo costruito batterie al litio e zolfo completamente allo stato solido e abbiamo scoperto che lo zolfo era completamente utilizzato come materiale attivo. L'altro merito è che questo composito zolfo-carbonio può essere prodotto con costi inferiori rispetto ai processi convenzionali".

Il metodo di adsorbimento elettrostatico consiste nel fatto che le particelle madri più grandi e le particelle più piccole vengono adsorbite elettrostaticamente regolando le cariche superficiali delle particelle utilizzando polielettroliti per indurre un'interazione elettrostatica. Sebbene sia già stata riportata la progettazione di una varietà di compositi ceramici mediante adsorbimento elettrostatico, la regolazione delle cariche superficiali di zolfo è difficile. Però, il nostro gruppo di ricerca è riuscito a regolare la carica utilizzando reazioni chimiche, in cui Na ₂ S e S hanno reagito in acqua di scambio ionico per formare Na . solubile in acqua ₂ S ₃ . Perciò, questo studio ha raggiunto un nuovo processo chimico applicando il principio di base dell'adsorbimento elettrostatico.

Questo metodo è un metodo a basso costo e relativamente semplice per preparare compositi zolfo-carbonio, quindi è adatto per la produzione di massa. Le batterie completamente allo stato solido al litio-zolfo che utilizzano un materiale attivo allo zolfo saranno messe in pratica con questo metodo. Oltretutto, si prevede il miglioramento esponenziale della densità energetica dei veicoli elettrici, batterie di alimentazione di grandi dimensioni per uso domestico e aziendale.