Recent, cercetătorii de la Hyundai Motor Company au descoperit că electrolitul pe bază de sulfon poate îmbunătăți în mod eficient capacitatea și rata de reținere a capacității reversibile a bateriei cu sulf litiu. La Congresul Mondial SAE din 2014, Hyundai Motor Company a raportat în detaliu noile constatări de mai sus. În comparație cu electroliții obișnuiți, capacitatea bateriilor cu sulf de litiu poate fi îmbunătățită eficient prin utilizarea electroliților pe bază de sulfonă, cu o creștere a capacității de 52,1% la 715 mAh/g; Rata reversibilă de retenție a capacității a crescut cu 63,1% până la 72,6%.

Fiind o baterie de material nou cu densitatea de energie care o depășește pe cea a bateriei litiu-ion, bateria cu sulf de litiu are o capacitate mai mare a bateriei, iar autonomia pur electrică a vehiculelor electrice echipate cu baterie va fi, de asemenea, mai lungă. Densitatea teoretică de energie a sistemului de baterii cu sulf litiu ajunge la 2600 wați oră/kg, dar rata sa scăzută de reținere a capacității reversibile este o problemă binecunoscută. În același timp, bateriile cu sulf de litiu au și probleme precum compușii polisulfuri (pS) dizolvați în electrolit și sulfură de litiu solidă și alte precipitate insolubile pe catod în timpul descărcării.

Shin și colab., un cercetător al Hyundai Motor Corporation, a spus că mecanismul de reacție al bateriei cu sulf litiu este că litiul metalic catodic pierde electroni și devine ioni de litiu în timpul descărcării, iar sulful pozitiv reacționează cu ionii de litiu și electronii pentru a genera polisulfuri (polisulfura pS este un compus care conține un proces specific de reacție a polisulfidei → S288 → Li2S6→ Li2S4→ Li2S). Diferența de potențial dintre reacțiile electrodului pozitiv și negativ este tensiunea de descărcare furnizată de bateria cu sulf de litiu. Sub aplicarea tensiunii aplicate, reacțiile electrodului pozitiv și negativ ale bateriei cu sulf litiu merg invers, și anume procesul de încărcare, în care are loc o reacție reversibilă. În procesul de reacție al polisulfurei, Li2S6 și Li2S4 pot fi dizolvate în electrolit. Polisulfurile joacă un rol important în îmbunătățirea ratei de utilizare a sulfului bateriei cu sulf de litiu și a ratei de utilizare a ciclului reversibil al bateriei.

Datorită solubilității sale bune în polisulfură și stabilității chimice ridicate, solventul de tip eter este considerat cea mai bună alegere de electrolit pentru bateriile cu sulf de litiu. În plus, polisulfurile dizolvate vor provoca o reacție redox, care va reduce eficiența coulomb a bateriei, va scurta rata de retenție a ciclului reversibil și va duce la autodescărcare. Prin urmare, scopul important al acestei lucrări de cercetare și dezvoltare este de a dezvolta un nou electrolit pentru a reduce reacția redox și pentru a îmbunătăți rata de retenție a ciclului reversibil al bateriei.

În procesul de cercetare al companiei Hyundai Motor, cercetătorii au folosit cinci grupe de electroliți eterici monobazici (DME, DEGDME, Triglyme, TEGDME și DIOX) Un grup de electroliți eterici binari (TEGDME și amestec de dioxan DIOX) și trei grupe de electroliți de eter ternar (TEGDME: dioxan: amestecul de dioxan cu amestecul de electroliți cu dioxan DIOX: 1:1:1, 1:1:2 și, respectiv, 1:1:3) au fost comparate.

Bateria cu litiu cu sulf din experimentul efectuat de cercetătorii Hyundai Motor Company adoptă catod cu sulf și anod din folie metalică cu litiu, iar între cei doi electrozi este folosită diafragma de polietilenă. Experimentul electrochimic al bateriei cu sulf de litiu a fost efectuat la temperatura camerei de 20 ℃, iar tensiunea de lucru a fost controlată între 1,5 V și 2,65 V.

În experimentul cu electrolit monoeter, sistemul electrolitic DME are cea mai mare densitate de energie, ajungând la 878 mAh/g; Densitatea energetică a sistemului de electrolit dietilenglicol dimetil eter (DEGDME) a fost al doilea, ajungând la 857 mAh/g. Cu toate acestea, capacitatea bateriei sistemului de electroliți DME a scăzut în mod evident după al șaselea ciclu de lucru; Cu toate acestea, în sistemul electrolitic DEGDME dietilen glicol dimetil eter, după al doilea ciclu de lucru, capacitatea bateriei a scăzut semnificativ. În primul ciclu de lucru, densitatea de energie a sistemului de electroliți dioxan DIOX a ajuns la 1040 mAh/g, în timp ce în al 12-lea ciclu de lucru, densitatea de energie a scăzut rapid la 640 mAh/g. Sistemul de electroliți cu dioxan DIOX are o densitate energetică inițială foarte mare. Cu toate acestea, după al 12-lea ciclu de lucru, densitatea sa de energie arată și o degradare foarte evidentă a capacității bateriei. Densitatea de energie inițială a sistemului de electroliți TEGDME a fost scăzută, ajungând la doar 200 mAh/g, dar nu a existat o degradare evidentă a capacității bateriei în ciclul său de lucru ulterior.

În experimentul cu electrolit eter binar, experimentatorul a obținut electrolitul eter binar amestecând trietilenglicol dimetil eter TEGDME și dioxan DIOX în raport 1:1. Scopul acestui experiment este de a utiliza în mod cuprinzător rata bună de retenție a ciclului reversibil al TEGDME și densitatea mare de energie a dioxanului DIOX. Experimentul arată că densitatea de energie inițială a sistemului electrolitic eter binar ajunge la 1057 mAh/g, iar după 20 de cicluri de lucru, densitatea de energie este de 470 mAh/g. În comparație cu electrolitul eter monobazic, electrolitul eter binar are o rată de reținere a ciclului reversibilă bună. Cu toate acestea, după primul ciclu de lucru, sistemul de electrolit eter binar are încă o degradare evidentă a capacității bateriei. În același timp, după 20 de cicluri de lucru, rata de retenție a ciclului reversibil al sistemului de electroliți eter binar este scăzută, doar 44,5%.

În experimentul cu electrolit eter binar, experimentatorul a adăugat și un filtru de schimbare a membranei de sticlă între cei doi electrozi ai bateriei cu sulf de litiu, care urmărește să suprime impedanța ridicată din jurul electrodului bateriei cu sulf de litiu. Filtrul de schimbare cu membrană de sticlă poate atrage electrolitul, astfel încât posibilitatea de lipsă de electroliți în jurul electrodului poate fi redusă eficient prin adăugarea filtrului de schimbare a membranei de sticlă. Prin utilizarea filtrului de schimb cu membrană de sticlă, densitatea inițială de energie a sistemului de electrolit eter binar a fost redusă, în timp ce rata de retenție a ciclului reversibil a fost îmbunătățită. După 20 de cicluri de lucru, densitatea de energie poate ajunge la 605 mAh/g.