La tecnología de baterías de iones de litio (LIB) es una de las fuentes de energía móviles más importantes para computadoras portátiles, cámaras, y teléfonos inteligentes. Sin embargo, la densidad de energía actual de las LIB se está acercando al límite teórico, lo que subraya la urgente necesidad de nuevos sistemas de baterías de alta densidad energética. Entre los sistemas de almacenamiento de alta densidad energética, baterías de litio-azufre, con densidad energética de 2600 Wh kg -1 (casi 3 ~ 5 veces mayor que el de los LIB tradicionales), tiene el potencial de servir como batería de alta energía de próxima generación. El azufre posee una conductividad eléctrica muy baja de 5x10 -30 S cm-1 a temperatura ambiente. Por lo tanto, 30-70 peso porcentaje de materiales conductores, p.ej. nanotubos de carbon, grafeno carbono poroso, y polímeros conductores, deben agregarse al electrodo para una alta utilización de azufre en la tecnología de procesamiento actual. La adición de materiales nanocarbonados con baja densidad de apilamiento neutraliza la alta densidad de energía, especialmente la densidad de energía volumétrica de las baterías de litio-azufre.
Los investigadores del grupo del profesor Qiang Zhang de la Universidad de Tsinghua en Beijing han desarrollado una nueva estrategia para aumentar la cantidad de carga de azufre hasta en un 90 por ciento en peso en materiales de cátodos basados en un andamio CNT / S alineado. que beneficia la densidad de energía volumétrica ultra alta de las baterías de litio-azufre. Una capacidad volumétrica de 1116 mAh ・ cm-3 y una densidad de energía volumétrica de 434 Wh ・ L -1 se lograron en función del volumen de la celda total, incluido el cátodo, colector de corriente, membrana, ánodo, que estaba mucho más allá de la batería de litio de película delgada. El equipo ha publicado sus hallazgos en un número reciente de Nano energía (2014, 4, 65-72).
"El diseño de materiales de cátodos de azufre para baterías de azufre de litio con alta densidad de energía volumétrica es crucial para aplicaciones prácticas, ", dijo Qiang." Seleccionamos CNT alineados como el andamio ultraligero porque demuestran una arquitectura porosa jerárquica, conductividad eléctrica extremadamente alta, baja densidad, así como de bajo costo ". De hecho, Este tipo de CNT alineados con una longitud de 20-200 μm se han producido en masa en un reactor de lecho fluidizado a un bajo costo de menos de $ 100 por kg. -1 . "Estos CNT alineados se pueden dispersar fácilmente en un polímero con un umbral de percolación conductiva ultrabaja de 0,0025 por ciento en peso. Obviamente, también pueden servir como un andamio conductor de alta eficiencia para materiales de azufre ". El profesor Fei Wei agrega:"Hemos encontrado un temperatura ambiente, Método de un solo paso para la fabricación de un cátodo CNT / azufre alineado. El material compuesto del cátodo posee un contenido de azufre ultra alto del 90 por ciento en peso y una alta densidad de 1,98 g cm. -3 , que es de 2 a 4 veces mayor que la del cátodo compuesto de azufre / carbono de rutina. Por lo tanto, la densidad de energía volumétrica de esta investigación está mucho más allá del resultado informado ".
Como señala el profesor Zhang, Este enfoque arroja algo de luz sobre la construcción de baterías de litio-azufre con alta densidad de energía volumétrica mediante el uso de un cátodo compuesto de alta densidad con una gran cantidad de carga de azufre. El trabajo futuro en el desarrollo de baterías de azufre de litio puede centrarse en la estrategia de aliviar el efecto lanzadera y suprimir las dendritas de litio, y una mayor mejora en la densidad de energía gravimétrica y volumétrica de los sistemas electroquímicos de litio-azufre.
