A medida que nuestra sociedad y nuestros sistemas de transporte se electrifican cada vez más, Los científicos de todo el mundo buscan sistemas de almacenamiento más eficientes y de mayor capacidad. Los investigadores de KAUST han hecho una contribución importante al modificar las baterías de litio-azufre (Li-S) para eliminar un problema conocido como transporte de polisulfuro.

"El cuello de botella en la utilización de energías renovables, especialmente en transporte, es la necesidad de baterías de alta densidad, "dice Eman Alhajji, Doctor. estudiante y primer autor del trabajo de investigación.

Las baterías Li-S tienen varias ventajas potenciales sobre los tipos de baterías más comúnmente utilizados. Tienen una mayor capacidad teórica de almacenamiento de energía y el azufre es un elemento no tóxico fácilmente disponible en la naturaleza. El azufre también es un producto de desecho de la industria petroquímica, por lo que podría obtenerse a un precio relativamente bajo y, al mismo tiempo, aumentar la sostenibilidad de otra industria.

El transporte de polisulfuro implica el movimiento de productos intermedios que contienen azufre entre el cátodo y el ánodo durante los procesos químicos de la batería. Esto degrada seriamente la capacidad y la capacidad de recarga de las tecnologías de baterías Li-S que se han explorado hasta la fecha.

La solución del equipo de KAUST se basa en una capa de grafeno. Hacen esto sometiendo un polímero de poliimida a energía láser en un proceso llamado trazado con láser, creando un material poroso adecuadamente estructurado. Una característica clave es que el material es jerárquicamente poroso en tres dimensiones, lo que significa que tiene una variedad de poros de diferentes tamaños. A continuación, se añaden partículas de carbono de tamaño nanométrico y los poros las absorben para formar el producto final.

Alhajji y sus colegas encontraron que colocar una capa delgada de este material entre el cátodo y el ánodo de una batería Li-S suprime significativamente el transporte de polisulfuro.

"Hacer esta capa intermedia independiente de solo unos pocos micrómetros de espesor fue un desafío, "dice Alhajji, agregando, "Fue divertido enrollarlo como plastilina, pero luego tuve que manejarlo de una manera muy suave, especialmente durante el montaje de la batería ".

Hasta ahora, la mayoría de las opciones propuestas para resolver el problema del transporte de polisulfuro han sufrido limitaciones que las hacen inadecuadas para aplicaciones comerciales a gran escala. A diferencia de, el grafeno grabado con láser desarrollado en KAUST se produce mediante un método que los investigadores describen como "escalable y sencillo".

Alhajji ganó el Premio al Mejor Póster de la Sociedad de Investigación de Materiales 2021 basado en su idea para suprimir el transporte. "Esta es una competencia realmente desafiante, "dice el supervisor de Alhajji, Husam Alshareef, agregando, "Sólo un puñado de estudiantes del programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAUST ha ganado este premio".