Electrodo de calcogel para baterías de iones de litio basadas en conversión de alta capacidad

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de litio (LIB) se enfrentan a limitaciones en la densidad de energía debido a los materiales catódicos convencionales.
• Las baterías de litio-azufre (Li-S) de alta densidad energética ofrecen una alternativa prometedora utilizando la química de conversión.
• Los desafíos en las baterías Li-S incluyen lograr una alta capacidad, reversibilidad, estabilidad de ciclo y gestión de cambios de volumen.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo material para baterías Li-S de alta capacidad y ciclo estable.
• Investigar las propiedades estructurales y electroquímicas de un chalcogel poroso, amorfo y basado en sulfuro Mn Mo₃ S_13.

Principales métodos:

• Síntesis de Mn Mo₃ S₁₃ por medio del tratamiento de la solución a temperatura ambiente.
• Caracterización utilizando la función de distribución de pares de rayos X de sincrotrón (PDF) y la estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS).
• Pruebas electroquímicas en semicélulas Li/Mn_0,25Mo₃S₁₃ y análisis utilizando la distribución del tiempo de relajación (DRT).

Principales resultados:

• El chalcogel Mn_0.25Mo₃S_{13 exhibe una estructura con Mn²⁺ integrado en la matriz Mo3S13.}
• Las simulaciones de dinámica molecular (AIMD) mostraron que la incorporación de Mn2+ acorta las cadenas de polisulfuro.
• Una semicélula Li/Mn_0.25Mo₃S₁₃ logró 897 mAh g^-1 de capacidad inicial y mantuvo 571 mAh g^-1 después de 100 ciclos en C/3.

Conclusiones:

• El chalcogel Mn_0.25Mo₃S₁₃ demuestra una alta capacidad y estabilidad de ciclo para las baterías Li-S.
• La formación estable de interfase sólido-electrolito (SEI) contribuye a la reversibilidad de carga-descarga.
• El rendimiento mejorado se atribuye a la disolución de masa activa reducida a través de cadenas de polisulfuro más cortas y a la afinidad Mn2+ por los polisulfuros.