Di recente, i ricercatori della Hyundai Motor Company hanno scoperto che l'elettrolita a base di solfone può migliorare efficacemente la capacità e il tasso di ritenzione della capacità reversibile della batteria al litio-zolfo. Al SAE World Congress del 2014, la Hyundai Motor Company ha riportato in dettaglio le nuove scoperte di cui sopra. Rispetto agli elettroliti ordinari, la capacità delle batterie al litio-zolfo può essere efficacemente migliorata utilizzando elettroliti a base di solfone, con un aumento della capacità del 52,1% a 715 mAh/g; il tasso di ritenzione della capacità reversibile è aumentato del 63,1% al 72,6%.

Come batteria di nuovo materiale con densità energetica superiore a quella della batteria agli ioni di litio, la batteria al litio-zolfo ha una capacità di batteria maggiore e anche l'autonomia elettrica pura dei veicoli elettrici dotati di batteria sarà più lunga. La densità energetica teorica del sistema di batterie al litio-zolfo raggiunge i 2600 wattora/kg, ma il suo basso tasso di ritenzione della capacità reversibile è un problema ben noto. Allo stesso tempo, le batterie al litio-zolfo presentano anche problemi quali composti di polisolfuro (pS) disciolti nell'elettrolita e solfuro di litio solido e altri precipitati insolubili sul catodo durante la scarica.

Shin et al., un ricercatore della Hyundai Motor Corporation, ha affermato che il meccanismo di reazione della batteria al litio e zolfo è che il metallo del catodo litio perde elettroni e diventa ioni di litio durante la scarica, e lo zolfo positivo reagisce con ioni di litio ed elettroni per generare polisolfuri (il polisolfuro pS è un composto contenente ioni polisolfuro, in cui il processo di reazione specifico è S8 → Li2S8 → Li2S6 → Li2S4 → Li2S). La differenza di potenziale tra le reazioni dell'elettrodo positivo e negativo è la tensione di scarica fornita dalla batteria al litio e zolfo. Sotto l'applicazione della tensione applicata, le reazioni dell'elettrodo positivo e negativo della batteria al litio e zolfo vanno al contrario, vale a dire, il processo di carica, in cui si verifica una reazione reversibile. Nel processo di reazione del polisolfuro, Li2S6 e Li2S4 possono essere disciolti nell'elettrolita. I polisolfuri svolgono un ruolo importante nel migliorare il tasso di utilizzo dello zolfo della batteria al litio e il tasso di utilizzo del ciclo reversibile della batteria. Grazie alla sua buona solubilità in polisolfuri e all'elevata stabilità chimica, il solvente di tipo etere è considerato la scelta migliore per l'elettrolita per le batterie al litio e zolfo. Inoltre, i polisolfuri disciolti causeranno una reazione redox, che ridurrà l'efficienza di Coulomb della batteria, accorcerà la velocità di ritenzione del ciclo reversibile e porterà all'autoscarica. Pertanto, lo scopo importante di questo lavoro di ricerca e sviluppo è quello di sviluppare un nuovo elettrolita per ridurre la reazione redox e migliorare la velocità di ritenzione del ciclo reversibile della batteria.

Nel processo di ricerca della Hyundai Motor Company, i ricercatori hanno utilizzato cinque gruppi di elettroliti di etere monobasico (DME, DEGDME, Triglyme, TEGDME e DIOX). Sono stati confrontati un gruppo di elettroliti di etere binario (miscela di TEGDME e diossano DIOX) e tre gruppi di elettroliti di etere ternario (TEGDME: diossano DIOX: elettrolita misto solfolano con rapporto di miscelazione rispettivamente di 1:1:1, 1:1:2 e 1:1:3).

La batteria al litio-zolfo nell'esperimento condotto dai ricercatori della Hyundai Motor Company adotta un catodo di zolfo e un anodo in lamina di metallo al litio, e un diaframma in polietilene è utilizzato tra i due elettrodi. L'esperimento elettrochimico della batteria al litio-zolfo è stato condotto a temperatura ambiente di 20 ℃, e la tensione di lavoro è stata controllata tra 1,5 V e 2,65 V.

Nell'esperimento dell'elettrolita monoetereo, il sistema elettrolitico DME ha la più alta densità di energia, raggiungendo 878 mAh/g; La densità di energia del sistema elettrolitico dietilenglicole dimetiletere (DEGDME) è stata la seconda, raggiungendo 857 mAh/g. Tuttavia, la capacità della batteria del sistema elettrolitico DME è diminuita ovviamente dopo il sesto ciclo di lavoro; Tuttavia, nel sistema elettrolitico dietilenglicole dimetiletere DEGDME, dopo il secondo ciclo di lavoro, la capacità della batteria è diminuita in modo significativo. Nel primo ciclo di lavoro, la densità energetica del sistema elettrolitico diossano DIOX ha raggiunto 1040 mAh/g, mentre nel 12° ciclo di lavoro, la densità energetica è rapidamente diminuita a 640 mAh/g. Il sistema elettrolitico diossano DIOX ha una densità energetica iniziale molto elevata. Tuttavia, dopo il 12° ciclo di lavoro, la sua densità energetica mostra anche un degrado della capacità della batteria molto evidente. La densità energetica iniziale del sistema elettrolitico TEGDME era bassa, raggiungendo solo 200 mAh/g, ma non c'è stata alcuna evidente degradazione della capacità della batteria nel suo successivo ciclo di lavoro.

Nell'esperimento dell'elettrolita etere binario, lo sperimentatore ha ottenuto l'elettrolita etere binario mescolando trietilenglicole dimetil etere TEGDME e diossano DIOX in rapporto 1:1. Lo scopo di questo esperimento è di utilizzare in modo completo il buon tasso di ritenzione del ciclo reversibile di TEGDME e l'elevata densità energetica di diossano DIOX. L'esperimento mostra che la densità energetica iniziale del sistema elettrolitico etereo binario raggiunge 1057 mAh/g e, dopo 20 cicli di lavoro, la densità energetica è di 470 mAh/g. Rispetto all'elettrolita etereo monobasico, l'elettrolita etereo binario ha un buon tasso di ritenzione del ciclo reversibile. Tuttavia, dopo il primo ciclo di lavoro, il sistema elettrolitico etereo binario presenta ancora un evidente degrado della capacità della batteria. Allo stesso tempo, dopo 20 cicli di lavoro, il tasso di ritenzione del ciclo reversibile del sistema elettrolitico etereo binario è basso, solo il 44,5%.

Nell'esperimento dell'elettrolita etereo binario, lo sperimentatore ha anche aggiunto un filtro di sostituzione della membrana di vetro tra i due elettrodi della batteria al litio e zolfo, che mira a sopprimere l'elevata impedenza attorno all'elettrodo della batteria al litio e zolfo. Il filtro di sostituzione della membrana di vetro può attrarre l'elettrolita, quindi la possibilità di carenza di elettrolita attorno all'elettrodo può essere efficacemente ridotta aggiungendo un filtro di sostituzione della membrana di vetro. Utilizzando il filtro di scambio a membrana di vetro, la densità energetica iniziale del sistema elettrolitico etereo binario è stata ridotta, mentre il tasso di ritenzione del ciclo reversibile è stato migliorato. Dopo 20 cicli di lavoro, la densità energetica può raggiungere 605 mAh/g.