Litij-sumporna baterija je jednostavna. To kažem zato jer se ta, Li-S baterija temelji na posve jednostavnoj reakciji spajanja litija sa sumporom (2Li + S → Li₂S) ili, da budem sasvim egzaktan, na polureakcijama oksidacije litijeve anode (Li → Li⁺ + e^-) i redukcije sumporne katode (S + 2e^- → S^2-). Šalim se: takva je baterija jednostavna samo na papiru, kada se razmatraju kemijski procesi  (redoks-reakcije) na kojima se ona temelji. U stvarnosti riječ je o velikom tehnološkom izazovu koji stoji pred znanstvenicima, jer nije lako elektrone razmijenjene između litija i sumpora pretvoriti u električnu struju. Razlog svesrdnog nastojanja? Teoretska gustoća energije takve baterije iznosi 2,6 kWh/kg. No to vrijedi ako se za masu baterije uzima samo masa elektroda. Uračuna li se i sve drugo (elektrolit, kućište, električni vodovi) dolazi se do još uvijek impresivnog broja >400 Wh/kg, jer to je dvostruko više od gustoće energije današnjih najboljih litij-ionskih baterija (150 – 250 Wh/kg).

No to nije sve. Sumpor je vrlo jeftin i lako dostupan materijal, a osim toga nanosi mnogo manju štetu okolišu od teških metala (prije svega kobalta) od kojih se izrađuju katode litij-ionskih baterija. Ipak, takve baterije još nema na tržištu. Osnovni problem je što nije trajna, što ne može izdržati dovoljan broj ciklusa punjenja i pražnjenja da bi ju se isplatilo proizvoditi.

Odgovor na pitanje zašto je to tako, zašto se litij-sumporna (Li-S) baterija ne može podičiti trajnošću leži u dvije pojave. Prva pojava je svojstvena više-manje svim baterijama. Zbog nejednakog rasporeda naboja na anodi, litij se ne taloži u homogenom sloju nego u obliku dendrita, struktura nalik na grane stabla (grč. déndron) što dugoročno dovodi do mrvljenja elektrode. Druga je pak pojava karakteristična samo za litij-sumpornu bateriju. Riječ je naime o tome da sulfidni ioni (S^2-) reagiraju s elementarnim sumporom dajući polisulfidne ione (S_n^2-) koji sudjeluju u prijenosu (shuttling) litijevih iona.

Jesmo li blizu rješenju ta dva problema? Čini se da jesmo sudeći po rezultatima istraživanja prikazanima u znanstvenom radu „Implanting an ion-selective 'skin' in electrolyte towards high-energy and safe lithium-sulfur battery (Ugradnja ion-selektivne 'kože' u elektrolit vodi do visokoenergetske i sigurne litij-sumporne baterije)“ kineskih znanstvenika objavljenom u časopisu Matter.

Riječ „koža“ (skin), koju su stavili u navodnike, zapravo je sloj razgranatog polimera PEI-IEM koji se u bateriji nalazi u obliku gela (GPE). No gel ne služi kao elektrolit (jer bi u tom slučaju unutrašnji otpor baterije bio prevelik) nego kao ionsko-selektivna membrana. Služeći se spektroskopskim metodama te metodama teorijske kemije (simulacije na računalu), kineski su znanstvenici uspjeli pokazati i dokazati da se za gel vežu litijevi ioni (preko atoma kisika i dušika molekula polimera). Selektino vezivanje litijevih iona vodi do njihova jednoličnijeg putovanja prema anodi (pri punjenju baterije), čime se sprječava stvaranje dendrita. S druge pak stane, pregrada od gelne „kože“ između katode i anode nakuplja polisulfidne ione, čime se postiže da koncentracija litijevih polisulfida (Li₂S₄, Li₂S₆, Li₂S₈) u elektrolitu bude niska i slabo ovisna o naponu.

Rezultat nije izostao. Nakon 700 ciklusa punjenja i pražnjenja nova je litij-sumporna baterija zadržala čak 99,13 % početnog kapaciteta, dok je baterija bez „kože“ (LE) izgubila pola kapaciteta već nakon 275 ciklusa. Štoviše, nova vrsta baterije je teže zapaljiva od litij-ionske baterije, pa će – kako sugerira naslov – biti „sigurna“. Usto može raditi i pri višoj temperaturi. Testovi pri temperaturi od 60 ^oC su pokazali da baterija gubi 0,17 % kapaciteta po ciklusu punjenja i pražnjenja. Drugim riječima, i pri tako ekstremnim uvjetima rada baterija će zadržati 50 % svog izvornog kapaciteta nakon 200 ciklusa.

Da uspjeh bude još i veći, autori spomenutog rada sklopili su upotrebljivu bateriju mase 51 g, napona 2,1 V i kapaciteta 10 Ah. Njezina gustoća energije iznosi 412,7 Wh/kg, što je vrlo blizu zadanom cilju od 500 Wh/kg, kada bi litij-sumporne baterije mogle ući u komercijalnu upotrebu.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, kemijskog obrazovanja i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 15 znanstveno-popularnih knjiga - najnovija, izašla ove godine, je "Kemičar u kući - kemija svakodnevnog života".