Los investigadores han propuesto un ánodo de metal de litio de fase dual eficiente y estable para baterías Li-S, que contiene una interfase de electrolitos sólidos inducida por polisulfuro y un marco de grafeno nanoestructurado en la Universidad de Tsinghua, apareciendo en ACS Nano .
Entre varios candidatos prometedores de batería con altas densidades de energía, Baterías Li-S, con una alta capacidad teórica de 1675 mAh g -1 (basado en azufre) y una densidad energética de 2600 Wh kg -1 (basado en la pareja redox Li-S), son muy considerados. "La propiedad superior impulsa el tremendo potencial de las baterías Li-S en la electrónica portátil, vehículos eléctricos, y cosecha de energía renovable, "dijo el Dr. Qiang Zhang, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Tsinghua. "A pesar de estas ventajas, Aún deben superarse muchos obstáculos para las aplicaciones prácticas de las baterías Li-S, como la baja conductividad del azufre, la lanzadera de intermedios de polisulfuro de cadena larga en el cátodo de azufre y la dendrita de Li se produce en el ánodo de metal de Li. En relación con la amplia investigación en cátodos y electrolitos, El metal de litio en el ánodo ha recibido pocas atenciones ".
La formación de dendritas de Li es un problema principal para las baterías de metal de Li, incluidas las baterías de Li-S, lo que siempre conduce a serios problemas de seguridad y baja eficiencia Coulombic. Las dendritas de Li se encuentran entre los problemas más difíciles del ánodo de metal Li, sin embargo, no es el exclusivo. Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico descubrieron un nuevo mecanismo de falla de los ánodos de metal Li, que la interfase porosa del ánodo creció hacia adentro hacia el metal Li (fresco) a granel, que se convirtió en una capa desordenada y altamente resistiva y, por lo tanto, dio como resultado una gran resistencia a la transferencia y una gran cantidad de metal Li que perdió contacto con electrones (Li muerto) en la capa inerte. Antes del cortocircuito inducido por dendrita, la impedancia de la batería aumentó bruscamente y la vida útil se terminó antes de tiempo (Adv. Energy Mater. 2014, 1400993).
"En una celda Li-S, este fenómeno es más frecuente y grave, debido a que los productos de sulfuro y sulfuro de litio son aislantes de iones y electrones y el efecto de acoplamiento cruzado conducirá a una fuerte disminución en el voltaje y la densidad de energía. Como consecuencia, Es de vital importancia diseñar una estructura de ánodo con canales de iones y electrones deseables para mejorar las propiedades de transferencia y reciclar el Li muerto en una celda Li-S, ", Dijo Qiang a Phys.org.
Basado en este concepto, Xin-Bing Cheng, un estudiante de posgrado y el primer autor, propuso un marco de grafeno nanoestructurado con Li depositado para ser un ánodo de metal Li de alta eficiencia y alta estabilidad para baterías Li-S. En una configuración de rutina de ánodo de metal Li sin marco de grafeno, Las dendritas de Li crecieron fácilmente en sustratos 2D de rutina (como la lámina de Cu). Como la raíz de las dendritas puede recibir el electrón fácilmente y luego disolverse antes, Las dendritas de Li se fracturaron fácilmente y se desprendieron del sustrato para formar Li muerto. Si existe una estructura conductora preexistente como la espuma de grafeno autoportante, el Li depositado estará bien alojado. La espuma de grafeno independiente ofrece varias características prometedoras como capa inferior para el ánodo de Li, incluyendo (1) un área de superficie relativamente más grande que los sustratos 2D para reducir la densidad de corriente superficial específica real y la posibilidad de crecimiento de dendrita, (2) marco interconectado para soportar y reciclar Li muerto, y (3) buena flexibilidad para sostener la fluctuación de volumen durante la incorporación / extracción repetida de Li.
"Esperamos que la sabia combinación de la ingeniería a nanoescala y la electroquímica pueda ayudar a mejorar la eficiencia de Coulombic y la conductividad iónica del ánodo de metal Li para las aplicaciones de las baterías Li-S, ", dijo Xin-Bing. Se requieren investigaciones futuras para investigar la difusión de iones de Li antes y después de cruzar el SEI. Los resultados indicaron que la ingeniería de electrodos interfaciales a nanoescala podría ser una estrategia prometedora para abordar los problemas intrínsecos de los ánodos de metal de litio y los conceptos descritos. aquí arroja una nueva luz hacia los LMB de alta densidad de energía, como Li-S y Li-O 2 baterías.
