Con el rápido desarrollo de dispositivos electrónicos portátiles, automóviles eléctricos, y almacenamiento de energía renovable, Se necesitan sistemas de almacenamiento de energía de alta densidad. Baterías de iones de litio, aunque maduro y ampliamente utilizado, han encontrado el límite teórico y, por lo tanto, no pueden satisfacer la urgente necesidad de una alta densidad de energía. Baterías de litio-azufre, poseer una densidad de energía teórica de 2600 Wh kg-1, que son aproximadamente 4 veces más que las baterías de iones de litio de uso comercial, se consideran candidatos fuertes. La abundancia y la naturaleza ecológica del elemento azufre como material catódico son factores del enorme potencial de las baterías de litio-azufre. La combinación de nanocarbono y azufre es eficaz para superar la naturaleza aislante del azufre para las baterías de litio y azufre.
"Debido a la excelente conductividad eléctrica, resistencia mecánica y estabilidad química, Los materiales de nanocarbono han jugado un papel esencial en el área del almacenamiento de energía avanzado, "dijo el Dr. Qiang Zhang, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Tsinghua.
Sin embargo, la mayoría de las contribuciones relativas a los cátodos compuestos de carbono / azufre poseen una carga superficial de azufre relativamente baja de menos de 2,0 mg cm -2 , lo que impidió la demostración completa del excelente rendimiento de los cátodos compuestos C / S. "La capacidad de área de las baterías de iones de litio de uso comercial es de aproximadamente 4 mAh cm -2 , y por lo tanto, la carga superficial de azufre en el cátodo de las baterías de litio-azufre debe mejorarse en gran medida, "dijo Qiang.
Recientemente, Científicos de la Universidad de Tsinghua han creado un electrodo de papel de nanotubos de carbono independiente con alta carga de azufre para baterías de litio-azufre.
Se empleó una estrategia de abajo hacia arriba y se diseñó y logró una estructura jerárquica.
"Seleccionamos nanotubos de carbono (CNT) como componente básico", Qiang le dijo a Phys.org, "Los CNT son uno de los rellenos conductores más eficientes y efectivos para electrodos. Seleccionamos CNT cortos de paredes múltiples (MWCNT) con longitudes de 10-50 μm como la red conductora eléctrica de corto alcance para soportar azufre, así como CNT superlargos con longitudes de 1000-2000 μm de CNT alineados verticalmente (VACNT) como redes conductoras de largo alcance y aglutinantes interpenetrados para el electrodo de papel independiente jerárquico ".
"Desarrollamos una rutina ascendente en la que el azufre se dispersó primero bien en la red MWCNT para obtener los bloques de construcción MWCNT @ S y luego MWCNT @ S y VACNT se ensamblaron en películas macro-CNT-S mediante la dispersión en etanol seguida de vacío filtración", Zhe Yuan, estudiante de la Universidad de Tsinghua, explicado, "Dichos electrodos de azufre con andamios jerárquicos de CNT pueden acomodar de 5 a 10 veces las especies de azufre en comparación con los electrodos convencionales en colectores de corriente de láminas metálicas mientras se mantiene el alto nivel de utilización de azufre".
En la mayoría de las células Li-S reportadas, Se usó papel de aluminio como colector de corriente y se usó ampliamente un procedimiento rutinario de recubrimiento con suspensión. Sin embargo, había una proporción de 10 a 50% en peso de aglutinantes, agentes conductores, así como modificar precursores en el electrodo, que neutralizó la ventaja del sistema Li-S en alta capacidad específica.
Aquí en, en esta investigación no se empleó papel de aluminio ni aglutinantes.
"Una capacidad de descarga inicial de 6,2 mAh cm -2 (995 mAh g-1), una utilización del 60% de azufre, y se logró una tasa de desvanecimiento cíclico lento de 0.20% / cyc dentro de los 150 ciclos iniciales a una baja densidad de corriente de 0.05 C, "dice el coautor Jia-Qi Huang de la Universidad de Tsinghua." La capacidad de área se puede aumentar aún más a 15,1 mAh cm -2 apilando tres electrodos de papel CNT-S, con una carga superficial de azufre de 17,3 mg cm -2 como el cátodo en una celda Li-S ". Este trabajo fue publicado en el Volumen 24, Número 39 de Material funcional avanzado el 22 de octubre, 2014.
Este experimento de prueba de concepto indica que el diseño racional del electrodo nanoestructurado ofrece la posibilidad del uso eficiente de materiales activos como carga práctica. "El procedimiento actual de fabricación de electrodos ascendentes es eficaz para la preparación de electrodos de papel flexibles a gran escala con una buena distribución de todos los compuestos funcionales, que también es favorable para el grafeno, CNT-grafeno, Electrodos flexibles a base de óxido de metal CNT, ", Dijo Qiang." El electrodo de papel independiente tal como se obtuvo es prometedor para las aplicaciones omnipresentes de baterías Li-S con bajo costo, altas densidades de energía para futuros dispositivos electrónicos flexibles, como dispositivos electrónicos inteligentes y pantallas enrollables ".
