در حال حاضر، باتریهای لیتیمی یکی از راه حلهای اساسی برای ذخیره الکتریسیته هستند. یونهای لیتیم در این باتریها بین الکترودها در حال مهاجرت هستند و مواد کاتدی و آندی در این باتریها، عمدتاً از فلزات سنگین تهیه میشوند که هم سمی بوده و هم گران هستند.
بنابراین یکی از گزینههای پیشنهادی، استفاده از باتریهای لیتیم-سولفور است که از کاتد سولفور که ارزان بوده و فراوان است، تشکیل میشود.
زمانیکه یونهای لیتیم در طی دشارژ از آند به سمت کاتد مهاجرت میکنند، واکنشی رخ می دهد که گونه لیتیم سولفید (Li2S) را از گونههای حد واسط پلیسولفید لیتیم بوجود میآورد. در طی سیکلها، انحلال گونههای پلیسولفیدهای لیتیم باعث کاهش ظرفیت باتری در طی چرخههای متوالی میشود (پدیدهای که از آن با عنوان «پدیده شاتل» نام برده میشود). به همین دلیل محققان درصدد بهبود ماده کاتدی هستند که بتواند به صورت فیزیکی و شیمیایی، مانع از مهاجرت گونههای پلیسولفید شود. مثلاً یک راه حل استفاده از نانوذرات TiO2 است.
در این راستا، نوعی ماده کاتدی ساخته شده که در ساختار آن از نانوذرات Ti4O7 استفاده شده و با وجود نانوحفرهها میتواند مانع از مهاجرت گونههای پلیسولفید شود.
به گفته پروفسور یان لو (Yan Lu): " در این پروژه روش نوینی برای تهیه کاتد تعبیه شده که میتواند ساختار شبکهای 3 بعدی را بوجود آورد. " طبق این روش در ابتدا، قالبی از کرههای پلیمری ریز با سطوح متخلخل تهیه شد و سپس درون محلول تیتانیوم ایزپروپوکسید غوطهور گردید. بدین ترتیب لایهای از Ti4O7 بر سطح کرههای متخلخل ایجاد میشود و تحت عملیات حرارتی قرار میگیرد تا باقیمانده ذرات پلیمری از بین بروند."
در مقایسه با سایر مواد کاتدی که از تیتانیوم اکسید ساخته شدهاند، نانوکرههای Ti4O7 مساحت سطح بسیار زیادی را ایجاد میکنند. بطوریکه 12 گرم از این ماده میتواند سطح زمین فوتبال را بپوشاند.
با استفاده از آنالیز XPS مشخص شد که ذرات سولفور با پیوندهای قوی به سطح اتصال دارند. این عامل سبب میشود که ظرفیت ویژه کاتد به ازای هر گرم تا مقدار mAh 1219 در سرعت C 1/0 افزایش یابد. مقدار ظرفیت نیز به ازای هر سیکل به میزان بسیار کمی در حد 094/0 % کاهش مییابد. به منظور افزایش هدایت مواد، میتوان ذرات کربن را بر سطح نانوذرات پوششدهی کرد.
مزیت قابل توجه این پروژه، این است که تمامی مراحل انجام پروژه قابل تجاریسازی و افزایش ابعاد هستند.