محققان در دانشگاه استانفورد با پیچاندن ذرات ریز گوگرد در صفحه‌های گرافنی، ماده کاتدی نویدبخشی برای باتری‌های قابل‌شارژ گوگرد – لیتیوم ساخته‌اند. این باتری‌ها را می‌توان در مقیاس بزرگ برای نیرو دادن به وسائل نقلیه الکتریکی استفاده کرد. این کاتدهای جدید گوگرد – گرافن موقعی که با آندهای مبتنی بر سیلیکون ترکیب شوند، می‌توانند منجر به باتری‌های قابل‌شارژی شوند که چگالی انرژی بسیار بالاتری از آنچه هم‌اکنون ممکن است، دارند.
گرافن باتری‌های قابل شارژ را تقویت می‌کند
محققان در دانشگاه استانفورد با پیچاندن ذرات ریز گوگرد در صفحه‌های گرافنی، ماده
کاتدی نویدبخشی برای باتری‌های قابل‌شارژ گوگرد – لیتیوم ساخته‌اند. این باتری‌ها
را می‌توان در مقیاس بزرگ برای نیرو دادن به وسائل نقلیه الکتریکی استفاده کرد. این
کاتدهای جدید گوگرد – گرافن موقعی که با آندهای مبتنی بر سیلیکون ترکیب شوند، می‌توانند
منجر به باتری‌های قابل‌شارژی شوند که چگالی انرژی بسیار بالاتری از آنچه هم‌اکنون
ممکن است، دارند.
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش‌روی وسائل نقلیه الکتریکی که از باتری‌ها توان می‌گیرند،
چگالی‌های توان و انرژی پایین باتری‌های لیتیوم قابل شارژ است. نقطه ضعف این باتری‌ها
مواد کاتدی کنونی آنها است که ظرفیت‌های ویژه‌شان بسیار کمتر از ظرفیت‌های ویژه
مواد آندی است.
محققان دانشگاه استانفورد بمنظور رفع این مشکل، از گوگرد استفاده کرده‌اند که ظرفیت
ویژه تئوری برابر با ۱۶۷۲ میلی‌آمپر ساعت بر گرم (حدود ۵ برابر ظرفیت ویژه مواد
کاتدی مرسوم) دارد. اگرچه گوگرد مزایای دیگری از قبیل هزینه کم دارد، اما معایبی
نیز دارد. برای مثال، گوگرد رسانای ضعیفی است، در طی تخلیه منبسط می‌شود، و پلی‌سولفیدها
در الکترولیت حل می‌شوند. این مشکل‌ها سبب عمر چرخه کم، ظرفیت ویژه پایین و راندمان
انرژی پایین می‌شوند.
این محققان برای حل این مشکل‌ها راهبردی ارائه کردند. آنها ذرات ریز گوگرد را برای
بدام‌اندازی پلی‌سولفیدها و جلوگیری از حل شدن‌شان، با پلی (اتیلن گلایکول) (PEG)
روکش‌دهی کردند. این روکش پلیمری انعطاف‌پذیر همچنین با اصلاح انبساط حجمی ذرات
گوگرد در طی تخلیه هر چرخه، عمر چرخه را بهبود می‌دهد. سپس این محققان ذرات گوگرد
روکش‌داده شده را در صفحه‌های گرافن تزئین شده با نانوذرات دوده، پیچاندند.
نانوذرات دوده رسانایی گوگرد را بهبود می‌دهند.
محققان مذکور شرح دادند که کاتد گوگرد – گرافن منتج می‌تواند برای بیش از ۱۰۰ چرخه،
ظرفیت ویژه بالایی بین ۵۰۰ تا ۶۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم داشته باشد. این مواد
کاتدی جدید را می‌توان برای ساخت باتری‌های قابل شارژی با چگالی انرژی بالاتری از
چگالی دیگر باتری‌های قابل شارژ امروزی استفاده کرد. طبق گفته این محققان افت ظرفیت
برای ۱۰۰ چرخه فقط ۱۰ تا ۱۵ درصد است که بسیار عالی است.
این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.
