Mật độ năng lượng của pin dự kiến sẽ đạt 500Wh / kg trong tương lai, do đó ứng dụng của xe điện và các lĩnh vực khác sẽ được mở rộng hơn nữa. Theo yêu cầu về mật độ năng lượng, năng lượng điện lithium hiện tại có thể đạt tới, ví dụ, 200-300Wh/kg. Với sự phát triển của kim loại lithium, thế hệ tiếp theo sẽ đạt 400Wh/kg và mật độ năng lượng trọng lượng của lưu huỳnh lithium sẽ đạt 500Wh/kg. Đây là mục tiêu trong tương lai. Đây cũng là ưu điểm của pin lithium-lưu huỳnh.
Ngoài lợi thế về mật độ năng lượng của pin lithium-lưu huỳnh, lợi thế về chi phí là rất quan trọng và giá thành của lưu huỳnh vẫn còn rất rẻ. Với những lợi thế về mật độ năng lượng và chi phí, cộng đồng nghiên cứu khoa học về pin lithium-lưu huỳnh đã làm được rất nhiều. Đối với pin lithium-lưu huỳnh, thách thức lớn nhất là hiệu ứng con thoi của polysulfide lithium. Sau khi tàu con thoi đi qua, độ ổn định của chu kỳ tương đối kém, vì vậy vấn đề cần giải quyết của pin lithium-lưu huỳnh là tuổi thọ của chu kỳ. Về vòng đời, có một số công ty sản xuất pin lithium-lưu huỳnh ở Hoa Kỳ. Pin mà họ đang tiến hành thử nghiệm thương mại về cơ bản là 300-400Wh / kg, nhưng tuổi thọ của chúng rất thấp, về cơ bản không quá 100 chu kỳ, so với tuổi thọ của pin lithium-ion, khoảng cách rất lớn.
Trong hệ thống xúc tác lưu huỳnh lưỡng chức năng, mục tiêu của chúng tôi là kiểm soát đường đi của phản ứng và cải thiện hơn nữa tính ổn định. Trên thực tế, xúc tác định hướng được giới thiệu, nghĩa là hai vị trí hoạt động khác nhau được đề cập ở trên đóng vai trò khác nhau. Đây là mục đích của chúng tôi.
Đây là vật liệu kết hợp hỗn hợp kim loại, có tác dụng nhị phân. Gần đây, vật liệu MOF và COF đã được giới thiệu làm vật liệu catốt lưu huỳnh tổng hợp.
Đây là công việc của vật liệu catốt và chúng tôi hy vọng sẽ giải quyết chúng bằng cách: tăng diện tích bề mặt cụ thể và số lượng vị trí hoạt động; bằng cách cải thiện động học phản ứng thúc đẩy nó; và kiểm soát tốt hơn tính chọn lọc của các sản phẩm phản ứng.
Công việc thứ hai là dải phân cách. Chúng tôi hy vọng rằng thiết bị tách có thể phục vụ ba mục đích: chặn lưu huỳnh, tăng tốc phản ứng chuyển đổi của polysulfide lithium và đạt được sự dẫn điện nhanh chóng của các ion lithium. Công việc này bắt đầu vào năm 2017. Chúng tôi cũng đã tích hợp kiểm soát phản ứng của vật liệu cực âm vào thiết bị phân tách, bởi vì hiệu ứng tích hợp toàn diện của thiết bị phân tách giúp cải thiện vòng đời và ngăn chặn sự vận chuyển của lưu huỳnh, bởi vì việc vận chuyển lưu huỳnh chủ yếu ảnh hưởng đến tuổi thọ .
Đồng thời, chúng tôi đã thử các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như ôxít graphene kết hợp với các thanh nano antimon selenua bị lỗi. Trên cơ sở này, các vật liệu MOF khác được trồng trực tiếp trên thiết bị phân tách. Chúng tôi nhận thấy hiệu ứng này rất rõ ràng, vì bản thân MOF đã cản trở hiệu ứng lưu huỳnh là rất rõ ràng. Trên cơ sở đó, chúng tôi giới thiệu mục tiêu chức năng hóa hữu cơ và đặt một lớp chất lỏng đa ion lưỡng tính lên màng ngăn, lớp này có tác dụng ngăn chặn lưu huỳnh tốt.
Trên cơ sở của thiết bị phân tách, chúng tôi đã bắt đầu chế tạo các điện cực âm kim loại lithium. Kim loại Li không chỉ hữu ích cho pin lithium-lưu huỳnh mà còn rất quan trọng đối với pin kim loại lithium trong tương lai. Nghiên cứu của nhóm chúng tôi về kim loại lithium chủ yếu thông qua việc thiết kế cấu trúc hỗ trợ kim loại lithium, và công việc còn lại là kiểm soát sự phát triển của SEI để ngăn chặn sự phát triển của sợi nhánh lithium. Trên thực tế, chúng tôi đã thực hiện công việc này trong vài năm, chủ yếu là để xây dựng SEI nhân tạo bằng kim loại lithium, đồng thời cải thiện chất mang kim loại lithium. Chúng tôi kết hợp các vật liệu xốp với SEI nhân tạo, hy vọng rằng sự phát triển của kim loại lithium sẽ không tạo ra các sợi nhánh lithium.
Đây là chất mang kim loại liti được thiết kế bằng phương pháp sấy phun. Chúng tôi thấy rằng tính ổn định vẫn rất cao. Đồng thời, chúng tôi hiện đang thực hiện quy định về SEI, chủ yếu bằng cách tăng trưởng SEI tại chỗ trên bề mặt kim loại lithium trong quá trình điện hóa. SEI tại chỗ có thể ức chế hiệu quả sự phát triển của đuôi gai, có thể đóng vai trò rất tốt trong ứng dụng và cũng là một phương pháp tương đối đơn giản.
Trên cơ sở này, chúng tôi nhận thấy rằng việc kiểm soát thành phần của chất điện phân cũng có thể kiểm soát sự phát triển của SEI, điều này có thể đóng vai trò tốt trong việc ức chế sự phát triển của sợi nhánh lithium. Trên cơ sở này, chúng tôi cũng đã giới thiệu một chất điện phân rắn mà chúng tôi tìm thấy trong pin lithium-lưu huỳnh thực sự có thể cải thiện độ ổn định và tuổi thọ. Khi chúng tôi làm điều đó, chất điện phân rắn cũng sẽ giới thiệu một chất điện phân lỏng nhất định. Trong thực tế, hiệu quả tốt hơn là trạng thái bán rắn.
Điều này dựa trên nghiên cứu của chúng tôi về kim loại lithium và chúng tôi hy vọng sẽ cải thiện tuổi thọ của pin lithium-lưu huỳnh. Chúng tôi đã làm một số pin lớn hơn. Chúng tôi bắt đầu tạo ra chiều cao 6 mAh/cm2, sau đó tạo ra pin lithium-lưu huỳnh với mật độ năng lượng 490 Wh/kg, nhưng tuổi thọ của chu kỳ tương đối kém và chúng tôi chỉ có thể thực hiện được 20 chu kỳ hoặc hơn. Trong tương lai, người ta hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa độ ổn định chu kỳ của pin thông qua việc sử dụng kết hợp quy trình mới của chất điện phân và kim loại lithium.
Chúng tôi đã chế tạo hệ thống điện phân từ lỏng sang rắn, và bây giờ chúng tôi bắt đầu chế tạo bán rắn, tôi nghĩ hiệu quả của bán rắn là lý tưởng nhất. Mục tiêu của chúng tôi là đạt được hơn 500Wh/kg trong tương lai và mục tiêu chu kỳ là hơn 300 vòng. Vẫn còn triển vọng ứng dụng ở một số thị trường.