Marco sencillo para el análisis simultáneo de ambos electrodos en baterías estequiométricas de litio y azufre

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La carga y descarga galvanostática (GCD) es el estándar para la evaluación de la batería, pero no puede evaluar ambos electrodos simultáneamente.
• Los métodos existentes están limitados por el electrodo de menor capacidad, oscureciendo el rendimiento del electrodo individual.
• Las células estequiométricas de litio-azufre (Li-S) en condiciones de alta carga de masa y de electrolitos magros presentan desafíos únicos de evaluación.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo marco para el análisis simultáneo del rendimiento tanto del ánodo como del cátodo en células Li-S.
• Identificar los factores limitantes que afectan el rendimiento del ciclo en las células estequiométricas Li-S.
• Evaluar estrategias de mitigación para mejorar el rendimiento de las baterías Li-S.

Principales métodos:

• Utilizó el comportamiento de descarga de dos etapas de azufre en las células Li-S.
• Construyó un marco para desacoplar y analizar las métricas de ánodo y cátodo (capacidad, eficiencia de Coulomb, estabilidad de ciclo).
• Aplicó el marco para evaluar diversas estrategias para mitigar los cuellos de botella del rendimiento.

Principales resultados:

• La capacidad de la célula y el decaimiento se correlacionan con el rendimiento del ánodo; la capacidad de la primera meseta y la eficiencia coulombina de la célula (CE) reflejan el rendimiento del cátodo.
• Identificó el desprendimiento/platación de litio (Li) y el traslado de polisulfuro como limitaciones primarias para la estabilidad del ciclo.
• Se ha demostrado que la modificación del separador con una capa reducida de óxido de grafeno mejora significativamente el rendimiento del ciclo.

Conclusiones:

• El marco desarrollado permite una evaluación simultánea y precisa de ambos electrodos en células Li-S.
• Los separadores modificados con óxido de grafeno reducido suprimen eficazmente los mecanismos de degradación, mejorando la longevidad de las células Li-S.
• Se logró una impresionante tasa de retención de capacidad del 99,7% por ciclo utilizando la configuración optimizada.