Equilibrar el estado de espín electrónico a través de pares heteronucleares de Fe-Co dispersos atómicamente para...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las baterías de sodio-azufre (Na-S) a temperatura ambiente ofrecen una alta densidad de energía y un bajo costo, pero sufren de transporte de polisulfuro y cinética de reacción lenta.
• El desarrollo de catalizadores eficientes es crucial para superar estas limitaciones en los cátodos de la batería Na-S.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar un catalizador diatómico heteronuclear (Fe-Co/NC) para mejorar el rendimiento de las baterías Na-S.
• Elucidar el mecanismo catalítico de los sitios bimetálicos Fe-Co en la aceleración de las reacciones redox de azufre.

Principales métodos:

• Síntesis de nanosferas huecas de carbono dopadas con nitrógeno con sitios bimetálicos de Fe-Co incrustados (Fe-Co/NC).
• Caracterización mediante HAADF-STEM corregido por aberración y radiación de sincrotrón XAS.
• Análisis computacional utilizando la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se confirmó la presencia de pares atómicos de Fe-Co aislados con una estructura de coordinación (Fe-Co-N6).
• Los cálculos de DFT revelaron una deslocalización de electrones inducida por Fe en Co {II), promoviendo la hibridación y acelerando la conversión de azufre.
• Los cátodos Fe-Co/NC demostraron una excelente estabilidad de ciclo (378 mAh g-1 después de 2000 ciclos) y capacidad de velocidad (341,1 mAh g-1 a 5 A g-1).

Conclusiones:

• El Fe-Co/NC sirve como un anfitrión eficaz de azufre, mitigando los efectos de lanzadera y mejorando la cinética en las baterías Na-S.
• El diseño del catalizador diatómico heteronuclear ofrece una estrategia prometedora para las baterías de sodio-azufre de alto rendimiento de próxima generación.