El cobalto en el grafeno dopado con nitrógeno como catalizador monoatómico para baterías de litio-azufre de alto...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las baterías de litio-azufre (Li-S) ofrecen una alta densidad de energía teórica y un bajo costo.
• La conversión reversible eficiente de los polisulfuros de litio es crucial para el rendimiento de la batería Li-S.

Objetivo del estudio:

• Investigar los átomos de cobalto monodisperso incrustados en grafeno dopado con nitrógeno (Co-N/G) como catalizador para las baterías Li-S.
• Para aclarar el mecanismo catalítico del centro de coordinación Co-N-C en la conversión de polisulfuro.

Principales métodos:

• Operando una espectroscopia de absorción de rayos X.
• Los cálculos de los primeros principios.
• Síntesis de compuestos S@Co-N/G con alto contenido de azufre.

Principales resultados:

• Co-N/G actúa como un electrocatalizador bifuncional, facilitando tanto la formación de Li2S (descarga) como su descomposición (carga).
• El compuesto S@Co-N/G (90 wt% S) alcanzó una capacidad gravimétrica de 1210 mAh g−1.
• Se ha demostrado una capacidad de área de 5,1 mAh cm-2 con una baja tasa de desvanecimiento (0,029% por ciclo) durante 100 ciclos a 0,2 C.

Conclusiones:

• El Co-N/G es un catalizador eficaz para mejorar el rendimiento electroquímico de la batería Li-S.
• El centro de coordinación Co-N-C juega un papel clave en la reacción mediada por la superficie de los polisulfuros de litio.
• El compuesto desarrollado es prometedor para la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de energía.