Il gruppo di ricerca del professor Jong-Sung Yu presso il Dipartimento di scienze e ingegneria energetica del DGIST ha sviluppato una tecnologia che prevede un nuovo approccio per la ricerca e lo sviluppo e la commercializzazione delle batterie al litio-zolfo di nuova generazione, in cui la densità energetica e la stabilità sono essenziali.
Con il recente aumento della domanda di dispositivi di accumulo di energia di grande capacità, è stata condotta attivamente la ricerca su batterie secondarie di nuova generazione, in grado di sostituire quelle agli ioni di litio.
Le batterie al litio-zolfo, che utilizzano lo zolfo come materiale catodico, hanno una densità energetica parecchie volte superiore a quella delle batterie convenzionali agli ioni di litio, che utilizzano costosi elementi come materiale catodico. Pertanto, si prevede che la batteria a base di zolfo sarà più adatta per dispositivi ad alta energia come veicoli elettrici e droni. Inoltre, la ricerca sulle batterie litio-zolfo è molto diffusa perché questo materiale è poco costoso, abbondante e non tossico.
D’altra parte, lo zolfo, un elemento attivo che produce energia elettrica, ha una bassa conducibilità e il polisolfuro generato durante la carica e la scarica della batteria si diffonde verso l’elettrodo negativo della batteria, provocando la perdita di materiale attraverso la sua reazione con il litio. Di conseguenza, la capacità e la durata della batteria si deteriorano notevolmente. Questo problema è stato risolto inserendo un nuovo strato tra l’elettrodo di zolfo e il separatore che può assorbire il polisolfuro e bloccarne la diffusione.
Un nuovo metodo innovativo
Il carbonio conduttivo, attualmente utilizzato come tecnologia di interstrato per migliorare la capacità e la durata delle batterie al litio-zolfo, conferisce conduttività all’elettrodo di zolfo. Tuttavia, la diffusione dello zolfo non può essere impedita perché la sua affinità con il polisolfuro di litio polare è bassa.
D’altra parte, se si utilizza un ossido polare come materiale di strato intermedio, la perdita di zolfo viene soppressa a causa della sua forte interazione con il polisolfuro di litio.
Tuttavia, l’utilizzo dello zolfo è inferiore a causa della sua bassa conduttività. Inoltre, i vari materiali interstrato studiati in precedenza non sono ideali perché non possono raggiungere la densità di energia e il ciclo di vita richiesti per la commercializzazione a causa del loro spessore e della bassa attività redox.
Per affrontare questi svantaggi, il team di ricerca ha prima implementato un nuovo interstrato silice/zolfo poroso aggiungendo zolfo nella silice dopo aver sintetizzato la silice porosa.