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(noticias nanowerk) La demanda de sistemas eficientes de almacenamiento de energía aumenta constantemente, en particular debido a la reciente aparición de energías renovables intermitentes y la introducción de vehículos eléctricos. En este sentido, las baterías de litio-azufre (LSB) se han convertido en una solución prometedora, capaces de almacenar de tres a cinco veces más energía que las baterías tradicionales de iones de litio.
Las tesis centrales
![Representación esquemática de una batería Li―S con separador de batería modificado Au24Pt(PET)18@G para una batería de litio-azufre](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63831_1.jpg)
Investigación
Los LSB utilizan litio como ánodo y azufre como cátodo, pero esta combinación presenta desafíos. Una cuestión clave es el «efecto lanzadera», donde las especies intermedias de polisulfuro de litio (LiPS) formadas durante el ciclo migran entre el ánodo y el cátodo, lo que resulta en pérdida de capacidad, vida corta y rendimiento de velocidad deficiente.
Otros problemas incluyen la expansión del cátodo de azufre durante la absorción de iones de litio y la formación de especies aislantes de litio-azufre y dendritas de litio durante el funcionamiento de la batería. Si bien se han utilizado diversas estrategias, como compuestos catódicos, aditivos de electrolitos y electrolitos de estado sólido para abordar estos desafíos, implican compromisos y consideraciones que limitan un mayor desarrollo de los LSB.
Recientemente, los nanoclusters metálicos atómicamente precisos, agregados de átomos metálicos con un tamaño de 1 a 3 nanómetros, han recibido gran atención en la investigación de materiales, incluidos los LSB, debido a su buena designabilidad y estructuras geométricas y electrónicas únicas. Aunque se han propuesto muchas aplicaciones adecuadas para los nanoclusters metálicos, todavía no hay ejemplos de su aplicación práctica.
Ahora, en un estudio colaborativo reciente publicado en la revista Pequeño (“Nanocluster de metal como inmovilizador de polisulfuro superior para baterías de litio-azufre altamente estables”), un equipo de investigadores de Japón y China dirigido por el profesor Yuichi Negishi de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) ha explotado la propiedad de unión a la superficie y la actividad redox de nanoclusters de oro (Au) dopados con platino (Pt), Au24Punto (mascota)18 (PET: feniletanotiolato, SCH2Ch2Ph) como electrocatalizador altamente eficiente en LSB. El artículo fue coautor del profesor asistente Saikat Das de TUS, el profesor Deyan He y el profesor asociado junior Dequan Liu de la Universidad de Lanzhou, China.
Los investigadores fabricaron materiales compuestos a partir de Au.24Punto (mascota)18 y nanohojas de grafeno (G) con gran superficie específica, alta porosidad y red conductora para desarrollar un separador de baterías que acelere la cinética electroquímica en el LSB.
“Los LSB se ensamblaron utilizando el Au24Punto (mascota)18El separador basado en @G detuvo la oscilación del LiPS, inhibió la formación de dendritas de litio y mejoró la utilización del azufre, demostrando una excelente capacidad y estabilidad del ciclo”, enfatiza el profesor Negishi. La batería mostró una alta capacidad específica reversible de 1535,4 mA hg.−1 para el primer ciclo a 0,2 A g−1 y una intensidad de corriente excepcional de 887 mA Hg−1 a 5 A g−1. Además, la capacidad se mantuvo en 5 A g después de 1000 ciclos.−1 era 558,5 mAhg−1.
Estos resultados resaltan las ventajas de utilizar nanoclusters metálicos en LSB. Estos incluyen una densidad de energía mejorada, una vida útil más larga, características de seguridad mejoradas y un impacto ambiental reducido de los LSB, lo que los hace más amigables con el medio ambiente y competitivos con otras tecnologías de almacenamiento de energía.
“Los LSB con nanoclusters metálicos podrían encontrar aplicaciones en vehículos eléctricos, electrónica portátil, almacenamiento de energía renovable y otras industrias que requieren soluciones avanzadas de almacenamiento de energía. «Además, se espera que este estudio allane el camino para los LSB totalmente de estado sólido con nuevas funcionalidades», enfatiza el profesor Negishi. En un futuro próximo, la tecnología propuesta puede conducir a dispositivos de almacenamiento de energía más rentables y duraderos. Esto ayudaría a reducir las emisiones de carbono y apoyaría la adopción de energías renovables, promoviendo así la sostenibilidad.
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