Li2S formado in situ en electrodos de grafito litio para baterías de litio-azufre

Área de la Ciencia:

• La electroquímica es electroquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Almacenamiento de energía Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías recargables de litio-azufre (Li-S) ofrecen una alta densidad de energía, pero enfrentan problemas de seguridad debido a los ánodos metálicos de litio.
• El uso de cátodos de sulfuro de litio (Li2S) es problemático debido a la alta resistividad y reactividad del aire.

Objetivo del estudio:

• Para desarrollar un cátodo libre de metal de litio para baterías Li-S.
• Investigar el uso de grafito litio como fuente in situ de litio para cátodos Li2S.

Principales métodos:

• El uso de un electrodo de grafito litio para reducir químicamente el polisulfuro (Li2S6) a sulfuro de litio insoluble (Li2S) en electrolito líquido.
• Monitoreo de cambios en el espaciado de grafito d002 y la tensión de circuito abierto de la célula.
• Utilizando la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar la conversión de azufre.

Principales resultados:

• El grafito litioado redujo con éxito Li2S6 a Li2S, evidenciado por cambios en la red de grafito (d002 espaciado de 3.56 a 3.37 Å).
• La tensión de circuito abierto de la célula aumentó de 60 mV a 2.10 V después de 6 días.
• XPS confirmó una conversión del 48,4% del azufre a Li2S, formando Li2S amorfo con buena ciclabilidad y bajo sobrepotencial.

Conclusiones:

• El grafito litio puede funcionar como un donante de litio para cátodos con deficiencia de litio.
• Este método permite el desarrollo de químicas de baterías más seguras, libres de litio y metal, como las baterías Li-S, Li-air y Li-orgánicas.