En la actualidad, las baterías de litio son una de las mejores soluciones para almacenar energía eléctrica en un espacio pequeño. Los iones de litio en estas baterías migran del ánodo al polo eléctrico opuesto, el cátodo, durante el ciclo de descarga. El ánodo y el cátodo generalmenteconsisten en compuestos de metales pesados que son caros y tóxicos.
Una alternativa interesante es la batería de litio-azufre. En este caso, el cátodo no consiste en metales pesados, sino en lugar de azufre, un material económico y ampliamente disponible. A medida que los iones de litio migran al cátodo durante el ciclo de descarga,allí tiene lugar una reacción que forma sulfuro de litio Li 2 S a través de varios polisulfuros de litio intermedios.Durante el ciclo, la disolución de los polisulfuros de litio hace que la capacidad de la batería disminuya en el transcurso de múltiples ciclos de carga a través del llamado "efecto lanzadera".Por esta razón, los investigadores de todo el mundo están trabajando para mejorar los materiales del cátodo que podrían confinar o encapsular química o físicamente los polisulfuros, como las nanopartículas de dióxido de titanio TiO 2 , por ejemplo.
Ti4O7-nanopartículas con estructura de poro interconectada
El equipo de HZB dirigido por el Prof. Yan Lu ahora ha fabricado un material catódico que es aún más efectivo. Aquí también, las nanopartículas proporcionan confinamiento del azufre. Sin embargo, no consisten en dióxido de titanio, sino en lugar de moléculas de Ti4O7 dispuestasen una superficie esférica porosa. Estas nanopartículas porosas se unen a los polisulfuros de manera sustancialmente más fuerte que las nanopartículas de TiO2 habituales.
"Hemos desarrollado un proceso de fabricación especial para generar esta compleja estructura de poro interconectada tridimensionalmente", explica Yan Lu. Yan Lu primero fabrica una plantilla hecha de una matriz de pequeñas esferas de polímero que tienen superficies porosas. Esta plantilla está preparadaen pasos adicionales, luego se sumerge en una solución de isopropóxido de titanio. Se forma una capa de Ti4O7 sobre las esferas porosas y permanece después del tratamiento térmico, que descompone el polímero subyacente. En comparación con otros materiales catódicos hechos de óxidos de titanio, la matriz de nanoesferas de Ti4O7 poseeuna superficie extremadamente grande. 12 gramos de este material cubrirían un campo de fútbol.
Función decodificada en BESSY II
Las mediciones de espectroscopía de rayos X XPS en el experimento CISSY de BESSY II muestran que los compuestos de azufre se unen fuertemente a la superficie de la nanomatriz.
Alta capacidad específica
Esto también explica la alta capacidad específica por gramo 1219 mAh a 0.1 C 1 C = 1675 mA g-1. La capacidad específica también disminuye muy poco durante los ciclos repetidos de carga / descarga 0.094 por ciento por cicloEn comparación, la capacidad específica de los materiales de cátodo hechos de nanopartículas de TiO2 es de 683 mAh / g. Para aumentar la conductividad de este material, es posible aplicar un recubrimiento suplementario de carbono a las nanopartículas. La estructura altamente porosa permanece intacta después de esto.proceso.
el aumento de escala es factible
"Hemos estado trabajando para mejorar la repetibilidad de esta síntesis durante más de un año. Ahora sabemos cómo hacerlo. A continuación, trabajaremos en la fabricación del material como una película delgada", dice Yan Lu. Y lo mejorparte: en este caso, lo que ha tenido éxito en el laboratorio también se puede transferir a la fabricación comercial, ya que todos los procesos, desde la química coloidal hasta la tecnología de película delgada, son escalables.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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