Separadores de grafeno atómicamente delgados de tamaño selectivo para baterías de litio-azufre

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las baterías de litio-azufre (LSB, por sus siglas en inglés) ofrecen una alta densidad de energía, pero sufren de una mala ciclabilidad debido al transporte de polisulfuro de litio (LiPS, por sus siglas en inglés).
• Las estrategias de mitigación actuales, como los separadores recubiertos de lodo, agregan masa y volumen, reduciendo la densidad de energía general.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una modificación del separador para LSB que impida el traslado de LiPS sin comprometer la densidad de energía.
• Investigar el uso de membranas atómicamente delgadas nanoporosas (NATM) como capa intermedia selectiva de tamaño.

Principales métodos:

• Fabricación y caracterización de NATM de grafeno con tamaños de poro adaptados (0,7-1,0 nm).
• Integración de las NATM con los separadores convencionales de polipropileno (PP) (NATM@PP).
• Pruebas electroquímicas de LSB con separadores NATM@PP, incluido el análisis del rendimiento en ciclos.
• Análisis post mortem utilizando SEM y EDX para confirmar el confinamiento de azufre en el ánodo de litio.

Principales resultados:

• Los NATM de grafeno demostraron un tamizado selectivo de tamaño efectivo, permitiendo el paso de iones Li+ mientras bloqueaban los LiPS más grandes.
• Los LSB que utilizan separadores NATM@PP exhibieron una capacidad insignificante durante 150 ciclos.
• Los análisis SEM y EDX confirmaron una reducción de la acumulación de LiPS en el ánodo de litio.

Conclusiones:

• Las membranas atómicamente delgadas nanoporosas son una estrategia viable para mitigar el transporte de LiPS en LSB.
• Los NATM ofrecen un enfoque eficiente en cuanto a masa y volumen para mejorar la ciclabilidad de los LSB.
• El tamizado molecular selectivo por tamaño utilizando NATM de grafeno muestra una promesa significativa para las tecnologías avanzadas de baterías.