Las baterías de litio-azufre han sido un tema candente en la investigación de baterías debido a su capacidad para producir hasta 10 veces más energía que las baterías convencionales. lo que significa que son muy prometedores para aplicaciones en vehículos eléctricos que demandan energía.

Sin embargo, Ha habido obstáculos fundamentales para la comercialización de estas baterías de azufre. Uno de los principales problemas es la tendencia de los productos de reacción de litio y azufre, llamados polisulfuros de litio, para disolverse en el electrolito de la batería y viajar al electrodo opuesto de forma permanente. Esto hace que la capacidad de la batería disminuya durante su vida útil.

Investigadores del Bourns College of Engineering de la Universidad de California, Riverside ha investigado una estrategia para prevenir este fenómeno de "transporte de polisulfuro" mediante la creación de partículas de azufre de tamaño nanométrico. y recubriéndolos de sílice (SiO2), también conocido como vidrio.

El trabajo se describe en un documento, "SiO2 - Partículas de azufre recubiertas como material de cátodo para baterías de litio-azufre, "recién publicado en línea en la revista Nanoescala . Además, Los investigadores han sido invitados a enviar su trabajo para su publicación en la edición temática especial de Dispositivos de energía basados ​​en grafeno en RSC Nanoscale.

Doctor. Los estudiantes de los grupos de investigación de Cengiz Ozkan y Mihri Ozkan han estado trabajando en el diseño de un material de cátodo en el que las jaulas de sílice "atrapan" polisulfuros que tienen una capa muy delgada de sílice. y los productos de polisulfuro de las partículas ahora enfrentan una barrera de atrapamiento:una jaula de vidrio. El equipo utilizó un precursor orgánico para construir la barrera de captura.

"Nuestro mayor desafío fue optimizar el proceso para depositar SiO2, no demasiado espeso, no demasiado delgado, sobre el grosor de un virus ", Dijo Mihri Ozkan.

Estudiantes de posgrado Brennan Campbell, Jeffrey Bell, Bahía de Hamed Hosseini, Favores de Zachary, y Robert Ionescu descubrieron que las partículas de azufre enjauladas con sílice proporcionaban un rendimiento de batería sustancialmente mayor, pero consideró que era necesaria una mejora adicional debido al desafío de la rotura de la carcasa de SiO2.

"Hemos decidido incorporar óxido de grafeno ligeramente reducido (mrGO), un pariente cercano del grafeno, como aditivo conductor en el diseño de materiales de cátodos, para proporcionar estabilidad mecánica a las estructuras enjauladas de vidrio ", Cengiz Ozkan dijo.

El cátodo de nueva generación proporcionó una mejora aún más espectacular que el primer diseño, ya que el equipo diseñó tanto una barrera de atrapamiento de polisulfuro como una manta flexible de óxido de grafeno que aprovecha el azufre y la sílice juntos durante el ciclismo.

"El diseño de la estructura núcleo-caparazón esencialmente se basa en la funcionalidad de adsorción de superficie de polisulfuro de la capa de sílice, incluso si la cáscara se rompe ", Dijo Brennan Campbell. "La incorporación de mrGO sirve bien al sistema para mantener las trampas de polisulfuro en su lugar. El azufre es similar al oxígeno en su reactividad y energía, pero aún presenta desafíos físicos, y nuestro nuevo diseño de cátodo permite que el azufre se expanda y contraiga, y ser aprovechado ".