Batterie ricaricabili al magnesio (MRB), dove il metallo Mg ad alta capacità viene utilizzato come materiale anodico, sono candidati promettenti per le batterie di nuova generazione a causa della loro densità energetica, sicurezza, e costo. Però, la mancanza di materiali catodici ad alte prestazioni ne impedisce lo sviluppo.

Come le loro controparti agli ioni di litio, gli ossidi di metalli di transizione sono i materiali catodici di base negli MRB. Eppure la lenta diffusione degli ioni Mg all'interno degli ossidi pone un serio problema. Per superare questo, alcuni ricercatori hanno esplorato materiali a base di zolfo. Ma i catodi a base di zolfo per gli MRB hanno gravi limitazioni:bassa conduttività elettronica, diffusione lenta del Mg nei composti solidi di Mg-S, e dissolubilità dei polisolfuri in elettroliti, che si traduce in capacità a bassa velocità e scarsa ciclabilità.

Ora, un team di ricerca che includeva il dottor Shimokawa dell'Università di Tohoku e il professor Ichitsubo ha sviluppato catodi compositi di zolfo liquido/solfuro che consentono batterie al magnesio ad alta velocità. Il loro articolo è stato pubblicato su Journal of Materials Chemistry A .

I materiali compositi liquido-zolfo/solfuro possono essere fabbricati spontaneamente mediante ossidazione elettrochimica di solfuri metallici, come il solfuro di ferro, in un elettrolita liquido ionico a 150. Il materiale composito ha mostrato elevate prestazioni in capacità, potenziale, ciclabilità, e capacità di tasso.

I ricercatori hanno raggiunto la capacità di scarica di ~900 mAh/ga ​​un'elevata densità di corrente di 1246 mA/g basata sulla massa di zolfo attivo. Inoltre, hanno rivelato che il potenziale di scarica è stato potenziato utilizzando zolfo non in equilibrio formato da processi di carica rapida.

Questo materiale ha consentito una prestazione stabile del catodo a 150 per più di 50 cicli. Tale elevata ciclabilità potrebbe essere attribuita ai seguenti punti:elevata reversibilità strutturale del materiale attivo allo stato liquido, bassa solubilità dei polisolfuri nell'elettrolita liquido ionico, e un elevato rapporto di utilizzo dello zolfo dovuto alla sua adesione alle particelle conduttive di solfuro che formano una morfologia porosa durante la sintesi dei materiali compositi.

Nonostante i progressi dei ricercatori, rimangono diversi problemi. "Abbiamo bisogno di elettroliti che siano compatibili sia con il catodo che con i materiali dell'anodo perché il liquido ionico utilizzato in questo lavoro passiva l'anodo di Mg-metallo, " disse Shimokawa. "In futuro, è importante sviluppare nuovi elettroliti elettrochimicamente stabili per rendere gli MRB più pratici per un uso diffuso".

Sebbene gli MRB siano ancora in fase di sviluppo, il team di ricerca spera che il loro lavoro fornisca un nuovo modo di utilizzare lo zolfo liquido come materiali catodici ad alta velocità per gli MRB. "Ciò aumenterebbe il miglioramento dei materiali a base di zolfo per ottenere batterie di nuova generazione ad alte prestazioni, " ha aggiunto Shimokawa.