L'enorme aumento dell'uso della tecnologia mobile, elettronica indossabile, e una vasta gamma di dispositivi portatili in generale negli ultimi decenni, ha spinto gli scienziati di tutto il mondo a cercare la prossima svolta nelle batterie ricaricabili. Le batterie al litio-zolfo (LSB), composte da un catodo a base di zolfo e un anodo di litio immerso in un elettrolita liquido, sono candidati promettenti per sostituire l'onnipresente batteria agli ioni di litio a causa del loro basso costo e della non tossicità e abbondanza di zolfo.

Però, l'uso dello zolfo nelle batterie è complicato per due motivi. Primo, durante il ciclo di "scarica", polisolfuri di litio solubili (LiPS) si formano al catodo, diffondere nell'elettrolita, e raggiungere facilmente l'anodo, dove degradano progressivamente la capacità della batteria. Secondo, lo zolfo non è conduttore. Così, è necessario un materiale ospite conduttivo e poroso per accogliere lo zolfo e contemporaneamente intrappolare LiPS al catodo. Nel recente passato, strutture ospiti a base di carbonio sono state esplorate a causa della loro conduttività. Però, gli host a base di carbonio non possono intrappolare LiPS.

In un recente studio pubblicato su Materiali energetici avanzati , gli scienziati del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology hanno proposto una nuova struttura dell'ospite chiamata "silice mesoporosa ordinata dalle piastrine (pOMS)". Ciò che è insolito nella loro scelta è che la silice, un ossido di metallo a basso costo, è in realtà non conduttivo. Però, la silice è altamente polare e attrae altre molecole polari come LiPS.

Dopo l'applicazione di un agente conduttivo a base di carbonio alla struttura del pOMS, lo zolfo solido iniziale nei pori della struttura si dissolve nell'elettrolita, da dove si diffonde poi verso l'agente conduttivo a base di carbonio da ridurre per generare LiPS. In questo modo, lo zolfo partecipa efficacemente alle necessarie reazioni elettrochimiche nonostante la non conduttività della silice. Nel frattempo, la natura polare del pOMS assicura che il LiPS rimanga vicino al catodo e lontano dall'anodo.

Gli scienziati hanno anche costruito un analogo non polare, struttura ospite convenzionale in carbonio poroso altamente conduttivo per eseguire esperimenti comparativi con la struttura pOMS. Professor Jong-Sung Yu, che ha condotto lo studio, osserva:"La batteria con l'ospite di carbonio mostra un'elevata capacità iniziale che presto diminuisce a causa della debole interazione tra carbonio non polare e LiPS. La struttura in silice trattiene chiaramente molto più zolfo durante i cicli continui; ciò si traduce in una maggiore ritenzione di capacità e stabilità oltre 2000 cicli."

Ancora, tutto questo considerato, forse l'intuizione più importante da derivare da questo studio è che le strutture ospiti per gli LSB non devono essere così conduttive come si pensava in precedenza. Il professor Yu dice, "I nostri risultati sono sorprendenti, poiché nessuno avrebbe mai pensato che la silice non conduttiva potesse essere un ospite di zolfo altamente efficiente e persino superare gli host di carbonio all'avanguardia". nella realizzazione di batterie allo zolfo di nuova generazione.