Batería S acuosa vs. Batería S orgánica: Reacción de azufre involucrada en el paso de Volmer

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de azufre acuoso (ASB) ofrecen un almacenamiento de energía seguro y de bajo costo.
• La comprensión de la química del azufre en el agua es crucial, pero se queda atrás de los sistemas orgánicos.
• Los conocimientos existentes sobre las baterías de azufre a base de electrolitos orgánicos (OSB) son insuficientes para las ASB.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo único de evolución de azufre en electrolitos acuosos.
• Establecer un principio de diseño racional para los catalizadores de azufre en fase acuosa.
• Desarrollar una métrica predictiva para la selección de catalizadores eficaces de la ASB.

Principales métodos:

• Análisis espectroscópicos (por ejemplo, Raman, XPS) para el estudio de las especies de azufre.
• Mediciones electroquímicas (por ejemplo, voltametría cíclica, pruebas de capacidad de velocidad).
• Análisis computacional (por ejemplo, DFT) para comprender las vías de reacción y las interacciones del catalizador.

Principales resultados:

• El azufre elemental se reduce a los polisulfuros, que luego reaccionan con el agua para formar HS.
• Se propone una nueva métrica de selección de catalizadores, equilibrando la adsorción de polisulfuro y la disociación de agua (paso de Volmer).
• Los catalizadores Mo₂C demostraron un rendimiento superior en las ASB en comparación con el Fe₃C y el carbono puro.

Conclusiones:

• El mecanismo de almacenamiento de carga en los ASB es fundamentalmente diferente de los OSB.
• La métrica de catalizador propuesta proporciona una base para el avance de la investigación de catalizadores ASB.
• Los catalizadores optimizados son clave para desbloquear el alto potencial de los ASB para el almacenamiento de energía.