Prof. Atsunori Matsuda, Prof. Hiroyuki Muto, Prof. Asistente Kazuhiro Hikima, Prof. Asistente Nguyen Huu Huy Phuc, Investigadora Reiko Matsuda, y el Sr. Takaki Maeda (Programa de Maestría) en el Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica, La Universidad de Tecnología de Toyohashi ha fabricado un material de azufre activo y un compuesto de nanofibras de carbono (CNF) utilizando un proceso de fase líquida sencillo y de bajo costo. Las baterías de estado sólido de litio-azufre que utilizan un material compuesto de azufre-CNF obtenido por proceso en fase líquida muestran una mayor capacidad de descarga y una mejor estabilidad de ciclo que las de las baterías secundarias de iones de litio. Por lo tanto, estas baterías de estado sólido de litio y azufre permiten llevar a cabo aplicaciones en baterías a gran escala, como vehículos eléctricos, en el futuro.

Baterías secundarias de iones de litio, el concepto por el que fue galardonado con el Premio Nobel de Química el año pasado, se han utilizado ampliamente como fuentes de energía para teléfonos inteligentes, vehículos eléctricos, etc. Las baterías totalmente de estado sólido también han atraído la atención como baterías de próxima generación en los últimos años debido al aumento de vehículos híbridos y eléctricos. En particular, Las baterías de litio-azufre de estado sólido han atraído la atención debido a su densidad de energía cinco veces mayor que las baterías secundarias de iones de litio convencionales. Sin embargo, el azufre es un aislante, lo que limita así su aplicación en dispositivos de batería. Para solucionar este problema, El azufre debe estar provisto de una ruta iónica y conductora de electrones.

Nuestro grupo de investigación sugirió que los compuestos de cátodos al combinar un material activo de azufre y nanofibras de carbono (CNF) mediante un método de ensamblaje electrostático, que puede combinar materiales uniformemente en una solución. Baterías de azufre de litio totalmente de estado sólido que utilizan compuestos de azufre-CNF y Li electroquímicamente estable ₂ S-P ₂ S ₅ -LiI electrolitos sólidos sintetizados por proceso en fase líquida mostraron alta capacidad de descarga equivalente a la capacidad teórica del azufre y mantuvieron alta capacidad después de repetidos ciclos de carga-descarga.

El primer autor, El profesor asistente Nguyen Huu Huy Phuc de la Universidad Tecnológica de Toyohashi explicó sus características:"Se requiere que un material activo de azufre y un material de carbono se combinen adecuadamente para fabricar baterías de azufre de litio de estado sólido de alto rendimiento. Convencionalmente, Los compuestos de azufre-carbono se sintetizaron mediante mezcla mecánica, Mezcla de líquidos usando un solvente orgánico especial y métodos complicados, en el que el azufre se combina con un material de carbono poroso con una gran superficie específica. Sin embargo, Hubo pocos informes de que las baterías de azufre de litio de estado sólido mostraran una alta capacidad casi equivalente a la capacidad teórica del azufre y una alta estabilidad de ciclo. Por lo tanto, Nos enfocamos en hacer un compuesto de azufre-carbono utilizando un método de adsorción electrostática simple y de bajo costo que puede combinar nanomateriales de manera uniforme. Se confirmó que el azufre en el compuesto de azufre-carbono sintetizado por el método de adsorción electrostática se acumulaba en nanofibras de carbono en forma de láminas. Construimos baterías de azufre de litio de estado sólido y descubrimos que el azufre se utilizaba por completo como material activo. El otro mérito es que este compuesto de azufre-carbono se puede producir con un costo menor que los procesos convencionales ".

El método de adsorción electrostática consiste en que las partículas madre más grandes y las partículas más pequeñas se adsorben electrostáticamente ajustando las cargas superficiales de las partículas utilizando polielectrolitos para inducir una interacción electrostática. Aunque ya se informó sobre el diseño de una variedad de compuestos cerámicos por adsorción electrostática, el ajuste de las cargas superficiales de azufre es difícil. Sin embargo, nuestro grupo de investigación logró el ajuste de carga mediante el uso de reacciones químicas, en el que Na ₂ S y S reaccionaron en agua de intercambio iónico para formar Na soluble en agua. ₂ S ₃ . Por lo tanto, Este estudio logró un nuevo proceso químico aplicando el principio básico de adsorción electrostática.

Este método es un método relativamente simple y de bajo costo para preparar compuestos de azufre-carbono, por lo que es adecuado para la producción en masa. Con este método se pondrán en práctica las baterías de estado sólido de litio-azufre que utilizan un material activo de azufre. Además, se espera la mejora exponencial de la densidad energética de los vehículos eléctricos, Baterías de fuente de alimentación de gran tamaño para uso doméstico y comercial.