La evolución molecular del organo azufre objetivo permite baterías de zinc acuoso de alto rendimiento

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los materiales de cátodo orgánico son prometedores para las baterías acuosas de iones de zinc (AZIB) debido a su sostenibilidad y capacidad de ajuste.
• Los desafíos clave incluyen bajo voltaje, cinética lenta y alta solubilidad de materiales de tipo n, lo que limita su uso práctico.

Objetivo del estudio:

• Para abordar las limitaciones de los materiales catódicos orgánicos actuales para los AZIB.
• Desarrollar un material de cátodo orgánico de alto rendimiento, estable y rentable a través de la evolución molecular.

Principales métodos:

• Evolución molecular y selección racional del organodisulfuro 2,2 -dithiobis (benzothiazol) (MBTS) como material de cátodo de tipo n.
• Utilizó cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender los mecanismos de reacción y los efectos sinérgicos.
• Celdas en bolsa fabricadas y probadas con electrodos MBTS en diversas condiciones, incluida la carga de gran masa.

Principales resultados:

• MBTS exhibe una energía de disociación de enlace azufre-azufre reducida debido a los anillos de benzothiazol que contienen N, mejorando el voltaje de descarga (1,02 V) y la cinética.
• Logró una alta capacidad específica de 153,6 mAh g^-1 a 0,05 A g^-1 con bajo sobrepotencial (100 mV).
• Se ha demostrado una excelente capacidad de velocidad (124,4 mAh g ^-1 a 1 A g ^-1), un ciclo estable (96,8% de retención durante 200 ciclos) y un alto rendimiento bajo una carga de masa ultra alta (18,2 mg cm ^-2).

Conclusiones:

• El MBTS es un material de cátodo de tipo n altamente eficaz para los AZIB, superando las limitaciones comunes.
• La estrategia de diseño molecular y las ideas de DFT proporcionan un camino para desarrollar materiales de electrodos orgánicos avanzados.
• El rendimiento del material bajo una carga de gran masa sugiere un potencial significativo para aplicaciones prácticas de AZIB.