برای کاهش انتشار کربن و پاسخگویی به تقاضاهای رو به رشد صنعت الکترونیک، دانشمندان باید فناوری‌های باتری جدیدی را توسعه دهند که بادوام‌تر و پایدارتر باشند و همچنین بتوانند انرژی بیشتری را ذخیره کنند. در سال‌های اخیر آن‌ها تلاش کرده‌اند با استفاده از ترکیب‌های مختلفِ مواد، فناوری‌های باتری جدید را پیش ببرند.
ساختِ نسل جدیدی از باتری‌ها با استفاده از ترکیبِ لیتیوم – گوگرد
در میان این مواد مختلف امتحان شده، امیدوارکننده‌ترین آن‌ها باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S) است که حاوی کاتدهای گوگرد و آندهای لیتیوم-فلز هستند. این باتری‌ها می‌توانند بر برخی از محدودیت‌های مرتبط با واکنش‌های تبدیل در باتری‌های لیتیوم یون (LiBs) غلبه کنند و در نهایت به چگالی انرژی بالاتری دست یابند.
با وجود مزایای احتمالی، بسیاری از نسخه‌های باتری Li-S که تاکنون معرفی شده‌اند، نهایتا به نتایج مطلوب دست نیافته‌اند. یکی از دلایل این امر این است که گوگردِ موجود در باتری‌ها باید روی یک میزبان رسانا بارگذاری شود، که این رساناها معمولاً بر پایه‌ی موادی است که توسط الکترولیت‌ها به صورت مناسبی خیس نشده‌اند. این امر انتشار یون‌های لیتیوم در باتری‌ها را مختل کرده و ظرفیت و عملکرد کلی آن‌ها را کاهش می‌دهد.
اما حالا محققان دانشگاه کمبریج و موسسه فارادی باتری‌های لیتیوم-گوگردی با کارایی بالا ساخته‌اند؛ آن‌ها این کار را با استفاده از نانوصفحات دی سولفید مولیبدن (LixMoS2) کرده‌اند. این دستاورد امیدها برای ساخت باتری‌هایی با کارایی و عمر بالاتر را زنده کرده است.
به گفته‌ی «ژوانگنان لی» یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است: “مقاله اخیر ما در مورد استفاده از مواد جدیدی برای باتری‌های Li-S است که می‌تواند به چگالی انرژی برتر منجر شود. این کار بر اساس فاز فلزی مواد دوبعدی است که گروه تحقیقاتی ما بیش از ۱۰ سال است که روی آن کار می‌کند.”
طراحی باتری معرفی شده توسط “لی” و همکارانش بر اساس تلاش‌های قبلی محققان دانشگاه کمبریج است. به طور خاص، این تیم الکترودهای با کارایی بسیار بالا را بر پایه‌ی نانوصفحات LixMoS2 برای استفاده در باتری‌های Li-S توسعه داده است.
«نکته‌ی کلیدی در طراحی ما استفاده از کمترین مقدار الکترولیت به شرطِ نرمال ماندنِ کاراییِ باتری بود.» این امر مستلزم آن است که ماده میزبانِ گوگرد دارای مقادیرِ بالایی از خواصِ رسانایی الکتریکی، چگالی، ترشوندگی، قطبیت برای جذب و فعالیت کاتالیزوری باشد.
محققان دریافتند که نانوصفحات آن‌ها به طور قابل توجهی جذب پلی‌سولفیدهای لیتیوم را بهبود می‌بخشد، در حالی که به‌طور همزمان انتقال یون‌های لیتیوم را افزایش، واکنش‌های الکتروشیمیایی را تسریع، و فعالیت الکتروکاتالیستی (که از تبدیل پلی‌سولفیدها در باتری‌های Li-S پشتیبانی می‌کند) را بهبود می‌بخشد. در مجموع، این مزایا منجر به بدست آمدنِ چگالیِ انرژی قابل توجه شد که به باتری‌ها اجازه می‌دهد تا ۸۵٫۲٪ از ظرفیت خود را پس از ۲۰۰ چرخه کاری حفظ کنند.
لی افزود: «باتری‌های Li-S با انرژی بالا و عمر طولانی که در این پژهش بدست آمده‌اند، پتانسیل بالایی برای تولیدِ نسل بعدی دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی دارند. در حال حاضر قصد ما این است که قابلیت این باتری‌ها را بیشتر نشان دهیم و در ادامه روند صنعتی شدنِ آن‌ها را پیش بگیریم.»
