¿Qué obtienes cuando envuelves una hoja delgada del grafeno "material maravilloso" alrededor de un nuevo electrodo de azufre multifuncional que combina una unidad de almacenamiento de energía y redes de transferencia de electrones / iones? Un diseño de estructura de electrodo extremadamente prometedor para baterías recargables de litio-azufre.

Las baterías de litio-azufre son de gran interés comercial porque cuentan con densidades de energía específicas teóricas considerablemente mayores que las de su primo ya bien establecido, baterías de iones de litio.

En el diario Materiales APL , de AIP Publishing, un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Vasant Kumar de la Universidad de Cambridge y el profesor Renjie Chen del Instituto de Tecnología de Beijing describen su diseño de un cátodo de azufre multifuncional a nivel nanométrico para abordar problemas relacionados con el rendimiento, como la baja eficiencia y la degradación de la capacidad.

Los marcos orgánicos metálicos (MOF) han atraído mucha atención recientemente, gracias a una amplia gama de aplicaciones en el almacenamiento de hidrógeno, secuestro de dióxido de carbono, catálisis y membranas. Y para crear su cátodo, el equipo aprovechó MOF "como plantilla" para producir una jaula de carbono poroso conductor, en la que el azufre actúa como anfitrión y cada nanopartícula de azufre-carbono actúa como unidades de almacenamiento de energía donde ocurren reacciones electroquímicas.

"Nuestro andamio de carbono actúa como una barrera física para confinar los materiales activos dentro de su estructura porosa, "explicó Kai Xi, un científico investigador en Cambridge. "Esto conduce a una mejor estabilidad del ciclo y una alta eficiencia". También descubrieron que al envolver aún más la unidad de almacenamiento de energía de azufre-carbono dentro de una hoja delgada de grafeno flexible, se acelera el transporte de electrones e iones.

¿Qué hay detrás de la capacidad mejorada? La cinética de transferencia de carga rápida es posible gracias a una red de grafeno interconectada con alta conductividad eléctrica, según el equipo. Su trabajo muestra que la estructura compuesta de un andamio poroso con conexiones conductoras es un diseño de estructura de electrodo prometedor para baterías recargables.

Este trabajo proporciona un "básico, pero flexible, enfoque para mejorar el uso de azufre y mejorar la estabilidad del ciclo de las baterías, ", Dijo Xi." La modificación de la unidad o su estructura mediante dopaje o recubrimiento de polímero podría llevar el rendimiento a un nivel completamente nuevo ".

En términos de aplicaciones, La integración única del almacenamiento de energía del nuevo diseño de la batería con un marco de iones / electrones ha abierto ahora la puerta para la fabricación de sistemas de almacenamiento de energía basados ​​en reacciones no topotácticas (que no implican un cambio estructural a un sólido cristalino) de alto rendimiento.

¿Qué sigue para el equipo? "Nos enfocaremos en fabricar sistemas híbridos de cátodos de azufre independientes para lograr baterías de alta densidad de energía, lo que implicará la adaptación de nuevos componentes de electrolitos y la construcción de 'capas de protección' de litio para mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías, "señaló Xi.