با به دام انداختن ذرات گوگرد (Sulphur) در پوششی از گرافین می توان یک ماده کاتدی ایجاد کرد که منجر به تولید نسل جدیدی از باتری های لیتیومی می شود. باتری هایی که قابلیت تأمین انرژی اتومبیل های الکتریکی را دارد.

باتری های لیتیومی نیروگاه های قابل حمل دنیای امروز ما هستند، که در بسیاری از وسایل الکترونیکی مثل تلفن همراه، MP3 Player و یا لپ تاپ به چشم می خورند.اما همین باتری ها قادر به تأمین انرژی نسل بعدی ابزار الکترونیکی نخواهند بود. در واقع آنها مایع الکترولیت لازم و یا توانایی آزاد کردن سریع این مایع را برای دفعات زیاد شارژ و دشارژ ندارند، که این مشکل به خاطر کاتد این باتری هاست. ظرفیت ویژه ماه آندی در این باتری ها برای گرافیت 370 mAh/g و برای سیلیکون 4200 mAh/g است در حالی که این ظرفیت برای ماده کاتدی بسیار کمتر از این مقادیر است. به عنوان مثال ظرفیت ویژه LiFePo4، 170 mAh/g و برای اکسیدهای لایه لایه فقط 150 mAh/g است. بنابراین واضح است که باید راهی برای بالابردن ظرفیت ویژه کاتد پیدا کنیم به طوری که این فرآیند باعث کاهش طول عمر و یا بازده انرژی باتری نشود.

به تازگی، وانگ و همکارانش در دانشگاه استنفورد به نتایج خوبی در این زمینه رسیده اند. آنها از گوگرد به عنوان ماده کاتدی استفاده کرده اند. این ماده ظرفیت ویژه ای معادل 1672 mAh/g دارد، یعنی تقریباً پنج بار بیشتر از کاتدهای قدیمی که از اکسیدها یا فسفاتهای فلزات ساخته می شوند.اما یک سری معایبی هم دارد. یکی از این معایب رسانایی ضعیف این ماده است. اما این تنها مشکل پیش رو نیست. بزرگترین مسئله ای که وجود دارد این است که پلی سولفید در بسیاری از الکترولیت ها حل می شود. علاوه بر این انبساط حجمی گوگرد در طی فرآیند دشارژ باعث از بین رفتن آن می شود. برای رفع این مشکلات وانگ و همکارانش از یک سری تکنیک های هوشمندانه مهندسی نانو استفاده کرده اند به این صورت که ابتدا ذرات بسیار ریزی از گوگرد (در ابعادی کوچکتر از میکرون ) درست کردند. سپس این ذرات را روی نوعی ماده پلاستیکی به نام polyethyleneglycol ( یا PEG ) لایه نشانی کردند. با این کار از حل شدن پلی سولفیدها در الکترولیت جلوگیری کردند. پس از آن ذرات گوگردی که لایه نشانی شده بود را درون پوشش هایی از گرافین حبس کردند. در اثر فعل و انفعالات شیمیایی که بین کربن و گوگرد رخ داد، علاوه بر اینکه رسانایی الکتریکی بالا رفت ازنابود شدن گوگرد در طول فرآیند شارژ و دشارژ هم جلوگیری شد. بنابراین آنها به یک کاتد با ظرفیت ویژه ای بالاتر از 600 mAh/g دست پیدا کردند که قابلیت بیش از 100 بار شارژ شدن را داشت. به طور حتم با در دست داشتن چنین کاتدی می توان باتری های لیتیومی قابل شارژی با چگالی انرژی بسیار بالا ساخت.

اما این پایان کار نیست. اگرچه این ترکیب در طول 100 بار شارژ و دشارژ هم ظرفیت ویزه بالایی خواهد داشت اما به این معنی نیست که این ظرفیت کاملا ثابت باقی می ماند. همانطور که وانگ و همکارانش می کویند پس از صد بار شارژ و دشارژ این ظرفیت 15 درصد کاهش پیدا می کند و آنها امیدوارند و البته توقع دارند که این فرآیند را با بهینه کردن ماده موجود در باتری بهتر کنند.

بنابراین قدم بعدی ساختن یک باتری با چنین کاتدی است. وانگ و همکارانش قصد دارند این کاتد را با ترکیبی از سیلیکون و لیتیوم به عنوان ماده آندی جفت کنند. اگر تمام این فرایندها به درستی پیش برود تأمین انرژی اتومبیل بعدی شما به وسیله باتری های Li-S ( لیتیوم-گوگرد ) خواهد بود.

منبع: