Lưu huỳnh là một sản phẩm phụ hay chất thải từ các nhà máy lọc dầu hoặc đốt than công nghiệp. Hiện tại, một phần lớn lưu huỳnh đã được sử dụng để sản xuất axit sulfuric, phân bón và các chất hóa học khác nhưng phần không nhỏ còn lại vẫn bị chất đống tại các kho dự trữ với một khoảng chi phí bảo quản (thường là để trung hòa axit rò rỉ) không hề rẻ. Tuy nhiên, lượng lưu huỳnh này có thể sẽ được khai thác triệt để hơn trong tương lai nhờ một quy trình hóa học biến lưu huỳnh thành polymer do các nhà nghiên cứu tại đại học Arizona phát triển. Vật liệu polymer từ lưu huỳnh tiềm năng sẽ mở ra một thế hệ pin Lithium-Sulfur mới, nhẹ hơn với hiệu suất cao hơn.
Theo đồng tác giả nghiên cứu Jared Griebel, ông tính toán cứ mỗi 19 gallon (72 lít) xăng sẽ sản sinh ra 230 gram lưu huỳnh dưới dạng sản phẩm thải. Với 60 triệu tấn lưu huỳnh được sản xuất mỗi năm, có 7 triệu tấn dư thừa so với yêu cầu. Nhận thấy lượng lưu huỳnh để không quá lớn, lãnh đạo nhóm nghiên cứu - nhà hóa học Jeffrey Pyun đã đặt ra một nhiệm vụ cho mình là tìm cách sử dụng "loại rác thải vận tải" (ý ông là lưu huỳnh thải ra từ các phương tiện giao thông) để chế biến thành một loại pin Li-S mới. Phương pháp của ông là sử dụng lưu huỳnh lỏng để chế tạo một loại polymer có thể đổ khuôn trong khi lưu huỳnh về cơ bản rất khó có thể định hình các chuỗi polymer.
Kho dự trữ lưu huỳnh tại Syncrude, Alberta, Canada.
Các nhà nghiên cứu đã xác định hơn 20 chất hóa học có khả năng polymer hóa lưu huỳnh và thử nghiệm từng chất một bằng cách hòa tan vào lưu huỳnh lỏng. Chất đầu tiên họ sử dụng là Divinylic Styrenic Comonomer và nó cho thấy khả năng polymer hóa tốt nhất. Chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ chất hóa học phụ gia này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một quy trình lưa hóa ngược (lưu hóa tức là bổ sung một lượng nhỏ lưu huỳnh vào cao su để tăng độ bền). Sau đó, các tấm phim polymer được tạo ra bằng kĩ thuật in thạch bản.
Nhóm nghiên cứu cho biết polymer lưu huỳnh đã cho thấy "các đặc tính điện hóa có thể so sánh với lưu huỳnh tự nhiên," với dung lượng duy trì ở 823 mAh/g sau 100 lần sạc và đi kèm với những lợi ích đặc biệt như có thể hòa tan và nấu chảy. Mức dung lượng đo được hiện tại được xem là cao nhất đối với một vật liệu polymer.
Mặc dù sẽ mất rất nhiều thời gian nữa để có thể tăng hiệu năng của pin Li-S nhưng hy vọng rằng sự phát triển của công nghệ sẽ mở ra các ứng dụng pin mới trong tương lai. Các nhà nghiên cứu còn gợi ý vật liệu mới có thể được sử dụng trong các ứng dụng quang học.
Nghiên cứu của đại học Arizona đã được đăng tải trên tạp chí Nature Chemistry vào ngày 14 tháng 4 vừa qua.
