Mejores materiales catódicos para baterías de litio-azufre

Mejores materiales catódicos para baterías de litio-azufre
  • 12 gramos de las nanopartículas Ti4O7 cubrirían un campo de fútbol.

Actualmente 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 desde el ánodo hasta el polo opuesto, el cátodo, durante el ciclo de descarga. El ánodo y el cátodo generalmente consisten 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 de azufre – un material económico y ampliamente disponible. A medida que los iones de litio migran al cátodo durante el ciclo de descarga, tiene lugar allí una reacción que forma sulfuro de litio (Li2S) a través de varios polisulfuros intermedios de litio. Durante el ciclo, la disolución de los polisulfuros de litio hace que la capacidad de la batería disminuya durante el curso de múltiples ciclos de carga a través del llamado “efecto de lanzadera”. Por esta razón, investigadores de todo el mundo están trabajando para mejorar los materiales catódicos que podrían confinar o encapsular química o físicamente polisulfuros, como por ejemplo nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2).

Nanopartículas de Ti4O7 con estructura de poro interconectada

El equipo de la escuela alemana Helmholtz-Zentrum Berlin, encabezado por el Profesor Yan Lu ahora ha fabricado un material de cátodo que es aún más eficaz. Aquí también, las nanopartículas proporcionan el confinamiento del azufre. Sin embargo, no consisten en dióxido de titanio, sino en moléculas de Ti4O7 dispuestas sobre una superficie esférica porosa. Estas nanopartículas porosas enlazan polisulfuros sustancialmente más fuertemente que las nanopartículas de TiO _ {2} habituales.

“Hemos desarrollado un proceso especial de fabricación para generar esta estructura de poros compleja y tridimensionalmente interconectada”, explica Yan Lu. Yan Lu primero fabrica una plantilla hecha de una matriz de pequeñas esferas de polímero que tienen superficies porosas. Esta plantilla se prepara en pasos adicionales, a continuación 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 nanoesfera Ti4O7 posee una superficie extremadamente grande: 12 gramos de este material cubriría un campo de fútbol.

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