Los investigadores resuelven los principales problemas que bloquean el desarrollo de baterías de litio-azufre

Las primeras baterías de litio-azufre (Li-S) no funcionaban bien porque las especies de azufre (polisulfuros) se disolvían en el electrolito y provocaban su corrosión. Este efecto de transporte de polisulfuro afecta negativamente la vida útil de la batería y reduce la cantidad de veces que se puede recargar la batería.

Para evitar este desplazamiento de polisulfuro, la investigación anterior se centró en colocar una capa intermedia redox inactiva entre el cátodo y el ánodo. El término «redox-inactivo» significa que el material no sufre reacciones como las de un electrodo. Pero esta capa intermedia protectora es pesada y densa, lo que reduce la capacidad de almacenamiento de energía por unidad de peso de la batería. Tampoco reduce adecuadamente el traslado. 

Para abordar esto, el grupo Argonne desarrolló una capa intermedia porosa que contiene azufre. Las pruebas en el laboratorio mostraron una capacidad inicial aproximadamente tres veces mayor en las células Li-S con esta capa intermedia activa, en lugar de inactiva. Más impresionante aún, las celdas con la capa intermedia activa mantuvieron una alta capacidad durante 700 ciclos de carga y descarga.

«Experimentos anteriores con células que tenían la capa redox inactiva solo suprimieron el desplazamiento, pero al hacerlo, sacrificaron la energía para un peso celular dado porque la capa agregaba peso adicional», dijo Guiliang Xu, químico y coautor del estudio. estudiar. «Por el contrario, nuestra capa activa redox aumenta la capacidad de almacenamiento de energía y suprime el efecto de transporte».

Para comprender mejor la capa activa redox, el equipo realizó experimentos en la línea de luz 17-BM de la fuente de fotones avanzada de Argonne. Los datos recopilados al exponer las células con esta capa a haces de rayos X les permitieron determinar los beneficios de la capa intermedia.

Los datos confirmaron que una capa intermedia redox activa puede reducir el desplazamiento, reducir las reacciones perjudiciales dentro de la batería y aumentar la capacidad de la batería para retener más carga y durar más ciclos. ​

«Estos resultados demuestran que una capa intermedia redox activa podría tener un gran impacto en el desarrollo de la batería de Li-S», dijo Wenqian Xu, científico de línea de luz de APS. «Estamos un paso más cerca de ver esta tecnología en nuestra vida cotidiana».

En el futuro, el equipo quiere evaluar el potencial de crecimiento de la tecnología de capa intermedia activa redox. «Queremos tratar de hacerlo mucho más delgado, mucho más liviano», dijo Guiliang Xu.