Baterías de litio-azufre en estado sólido mejoradas por mediadores redox

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los mediadores redox (RM) son cruciales en las baterías de electrolitos líquidos, pero no se han explorado en los sistemas de estado sólido.
• Las baterías de litio-azufre de estado sólido (ASSLSB) enfrentan desafíos con las barreras de energía de oxidación de sulfuro de litio (Li2S).
• El desarrollo de RM eficientes es clave para desbloquear el potencial de las ASSLSB.

Objetivo del estudio:

• Para investigar los candidatos a mediadores redox para las baterías de litio-azufre de estado sólido.
• Explorar el papel y el comportamiento de los mediadores redox en la mejora de la oxidación de Li2S.
• Mejorar el rendimiento electroquímico y la estabilidad de los ASSLSB.

Principales métodos:

• Evaluación de los candidatos a mediadores redox, centrándose en los compuestos a base de quinona.
• Caracterización electroquímica de los cátodos Li2S con y sin mediadores redox.
• Espectroscopia de absorción de rayos X de borde K para rastrear la especiación de azufre.
• Evaluación del rendimiento, incluida la estabilidad del ciclo y la capacidad de velocidad.

Principales resultados:

• El mediador redox basado en quinona (AQT) demostró un potencial redox favorable y una reversibilidad para la oxidación de Li2S.
• Los ASSLSB con AQT exhibieron una barrera de energía de carga reducida (2,4 V) y una alta capacidad de descarga (1133 mAh gs-1).
• La espectroscopia operando confirmó que el AQT facilita las reacciones sólido-polisulfuro-sólido, mejorando la cinética de oxidación de Li2S.

Conclusiones:

• Los mediadores redox, específicamente AQT, pueden reducir efectivamente la energía de activación para la oxidación de Li2S en ASSLSB.
• La vía mejorada por AQT mejora significativamente la utilización de azufre, la estabilidad del ciclo (98,9% CE para 150 ciclos) y la capacidad de velocidad.
• Este trabajo establece una vía para diseñar mediadores redox efectivos para acelerar las reacciones Li-S en baterías de estado sólido.