Un equipo de investigación conjunto dirigido por el Prof. Zhang Huigang del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia China de Ciencias (CAS) y el Dr. Lu Jun del Laboratorio Nacional de Argonne, EE. UU., encontró una relación "en forma de volcán" entre Adsorción de polisulfuro y actividad catalítica en baterías de litio-azufre (Li-S).

El estudio fue publicado en Nature Catalysis el 16 de junio.

Según el profesor Zhang, esta relación en forma de volcán puede modificar el principio de larga data de que "una fuerte adsorción de polisulfuros conduce a una buena actividad catalítica".

El sistema Li-S muestra un gran potencial para las baterías de próxima generación debido a su alta densidad de energía. Sin embargo, la cinética lenta de las reacciones de conversión de polisulfuro conduce al "efecto de transferencia" y limita la capacidad de velocidad y ciclabilidad, lo que dificulta las aplicaciones prácticas.

Recientemente, muchos estudios experimentales han informado que la conversión catalítica de polisulfuros juega un papel fundamental en la mejora de la cinética y la supresión del transporte de polisulfuros. A pesar de la mejora significativa en el rendimiento electroquímico de las baterías de Li-S, los estudios sobre catalizadores se han basado en gran medida en el ensayo y error y el principio rector sigue siendo difícil de alcanzar.

En este estudio, los investigadores demostraron que, aunque una fuerte adsorción de polisulfuros puede reducir la barrera de activación para la conversión de polisulfuros, a su vez impide la desorción de los productos. Esto se debe al principio de escala ya que los polisulfuros (de Li₂ S₈ a Li₂ S₂ /Li₂ S) se adsorben secuencialmente en los mismos sitios durante la carga/descarga.

Para regular la energía de adsorción y maximizar la eficiencia catalítica, doparon el metal de transición en el marco cristalográfico de ZnS. Los dopantes se colocaron en estados estresados ​​y sus orbitales d se ajustaron en consecuencia. Como resultado, la energía de adsorción tenía una relación lineal con el centro de la banda d de los dopantes, pero la actividad catalítica mostraba una tendencia "en forma de volcán".

Tal descubrimiento indica que una suposición de larga data de fortalecer la adsorción para mejorar la catálisis no es válida cuando la desorción limita la velocidad. "Los catalizadores y los absorbentes de una batería de Li-S deben diseñarse por separado para mejorar el rendimiento de las baterías de Li-S", dijo el profesor Zhang.

Este estudio ofrece una base racional para comprender el proceso catalítico de las baterías de Li-S a nivel atómico o molecular y para diseñar nuevos catalizadores. + Explora más

Científicos desarrollan baterías de litio-azufre de alto rendimiento