Los cátodos a base de silicio estabilizan las células Li-S. Efecto: más de 2 ciclos de carga en lugar de varias docenas
Científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu (DGIST, Corea del Sur) han desarrollado un cátodo basado en silicio que se espera que resista más de 2 ciclos de carga en células Li-S. Las celdas clásicas de iones de litio usan silicio puro en los ánodos para complementar y reemplazar gradualmente al grafito. Aquí se usó óxido de silicio y dióxido de silicio en el cátodo.
Celda Li-S = ánodo de litio, cátodo de dióxido de silicio con azufre
Las celdas Li-S se consideran interesantes debido a su alta densidad de energía, peso y bajo costo de fabricación. Sin embargo, nadie ha logrado crear una versión que pueda soportar más de varias docenas de ciclos de carga. Todo debido a los polisulfuros de litio (LiPS), que se disuelven en el electrolito durante la descarga y reaccionan con el ánodo, reduciendo su capacidad y, como resultado, destruyendo la batería.
Es posible que los investigadores surcoreanos hayan encontrado una solución al problema. En lugar de materiales a base de carbono (como el grafito), utilizaron el cátodo. estructura laminar de sílice mesoporosa (POMS).
La estructura laminar es comprensible, mientras que la mesoporosidad se refiere a la acumulación de poros (cavidades) en la sílice que tienen un tamaño planificado, densidad de área y dispersión de tamaño pequeño (fuente). Es un poco como si regularmente pincharas placas adyacentes de algún tipo de silicato para hacer un tamiz.
Los científicos de la DGIST utilizaron estos agujeros para depositar azufre en ellos (Figura a). Durante la descarga, el azufre se disuelve y forma polisulfuros de litio (LiPS) con litio. Por lo tanto, la carga fluye, pero el LiPS permanece atrapado cerca del cátodo debido al factor de carbono indefinido adicional (estructura negra, figura b).
Durante la carga, LiPS libera litio, que se devuelve al ánodo de litio. Por otro lado, el azufre se convierte en sílice. Sin fugas de LiPS al ánodo, sin daños en el metal.
La batería Li-S creada de esta manera conserva una alta capacidad y estabilidad durante más de 2 ciclos de trabajo. Al menos 500-700 ciclos de operación se consideran estándar para las celdas de iones de litio clásicas, aunque debe agregarse que las celdas de iones de litio bien procesadas pueden soportar varios miles de ciclos.
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