Para desarrollar baterías de mayor capacidad, Los investigadores han buscado baterías de azufre de litio debido a la alta capacidad teórica y densidad de energía del azufre. Pero aún quedan varios problemas por resolver antes de que se puedan poner en aplicaciones prácticas. El mayor es el efecto de desplazamiento que se produce durante el ciclismo. Para resolver este problema y mejorar el rendimiento de la batería de azufre de litio, los investigadores crearon un electrodo con estructura de sándwich utilizando un material novedoso que atrapa polisulfuros y aumenta la cinética de reacción. Se probaron cuatro variedades de diseño de cátodo:a) electrodo de azufre desnudo, b) la estructura parcialmente confinada PZ67 / S, c) la estructura parcialmente confinada S / PZ67 yd) la completamente confinada, estructura sándwich PZ67 / S / PZ67, que superó a los demás tanto en capacidad inicial como en capacidad después del ciclo de la batería. Crédito:Xing Gao, Siwu Li, Ying Du y Bo Wang
Las baterías de iones de litio no satisfacen las demandas de energía de los dispositivos electrónicos de mayor potencia, vehículos eléctricos y redes eléctricas inteligentes. Para desarrollar baterías de mayor capacidad, Los investigadores han buscado baterías de azufre de litio debido a la alta capacidad teórica y densidad de energía del azufre.
Pero aún quedan varios problemas por resolver antes de que las baterías de azufre de litio se puedan poner en aplicaciones prácticas, tales como la conductividad eléctrica intrínsecamente baja del azufre y el rápido deterioro de la capacidad causado por los polisulfuros que escapan del cátodo.
El mayor problema es el efecto de desplazamiento que se produce durante el ciclismo. Este efecto provoca la difusión de polisulfuros del cátodo, creando pérdida de capacidad. También consume mucho litio y electrolitos frescos, y reduce el rendimiento de la batería.
Para resolver el problema del transporte y mejorar el rendimiento de la batería de azufre de litio, los autores de un artículo publicado en Materiales APL , creó un electrodo con estructura de sándwich utilizando un material novedoso que atrapa polisulfuros y aumenta la cinética de reacción.
ZIF-67 es una estructura organometálica (MOF) construida a partir de iones metálicos o grupos de metales y ligandos orgánicos. Es muy prometedor en el almacenamiento y la separación de gas, catálisis y almacenamiento de energía. Los materiales derivados de MOF también son atractivos en el almacenamiento de energía debido a su estructura robusta, superficie porosa y alta conductividad.
Un electrodo de estructura sándwich con azufre inmovilizado entre capas de PZ67, PZ67 / S / PZ67, mejora la densidad de energía práctica de la batería de azufre de litio de tres a cinco veces mayor que la de las baterías de iones de litio. El PZ67 está compuesto de materiales polares, y el carbono poroso mostró un efecto sinérgico en la interacción química, sirvió como una barrera física, ofreció una alta conductividad para prohibir el efecto de desplazamiento de polisulfuro y mejoró el rendimiento cíclico de las baterías.
"El poroso PZ67 no solo puede absorber los polisulfuros para formar un confinamiento, También puede mejorar la cinética de la reacción de los materiales activos reales durante el ciclo de la batería. ", dijo el autor Siwu Li." Eso significa que también puede mejorar el voltaje de descarga de la batería, y eso es una gran contribución para mejorar la densidad energética de las baterías ".
El electrodo con estructura de sándwich que confina los polisulfuros solubles podría ser útil para cualquiera que trabaje para confinar materiales solubles. Dijo Li. Su equipo planea continuar su trabajo para ampliar el proceso de fabricación del electrodo híbrido mediante un procedimiento de prensado en caliente. También planean abordar las inestabilidades en el lado del ánodo de las baterías de azufre de litio, posiblemente agregando una capa protectora.
