Baterías de sodio y azufre sin ánodo de alta tensión

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de sodio y azufre (Na-S) a temperatura ambiente son alternativas sostenibles a las baterías de iones de litio debido a la abundancia de materiales.
• Las baterías Na-S prácticas se enfrentan a desafíos con bajos voltajes de descarga y requisitos excesivos de ánodo metálico de sodio.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una batería Na-S de alto voltaje y sin ánodos con una mayor densidad energética y viabilidad práctica.
• Para explorar nuevas químicas de cátodo y electrolitos para mejorar el rendimiento de la batería Na-S.

Principales métodos:

• Una batería Na-S de clase 3.6V fue diseñada utilizando un cátodo de alto valor de azufre/tetracloruro de azufre (S/SCl4).
• La dicyanamida de sodio (NaDCA) permitió la conversión reversible de S/SCl4 y el recubrimiento/desprendimiento de sodio en un electrolito de cloroaluminato.
• Se incorporó un catalizador de marco orgánico covalente coordinado con bismuto (Bi-COF) al cátodo de azufre para facilitar la conversión.

Principales resultados:

• La batería Na-S sin ánodo alcanzó densidades máximas de energía y potencia de 1,198 Wh/kg y 23,773 W/kg, respectivamente.
• El cátodo catalizado Bi-COF demostró una capacidad de descarga de 1,206 mAh/g, lo que lleva a una densidad de energía máxima de 2,021 Wh/kg.
• El sistema de baterías exhibe un bajo costo estimado de $ 5.03 por kWh y una excelente escalabilidad.

Conclusiones:

• La batería Na-S sin ánodo desarrollada con química S/SCl4 y electrolito NaDCA supera las limitaciones anteriores.
• La incorporación del catalizador Bi-COF mejora significativamente el rendimiento electroquímico.
• Esta tecnología muestra un gran potencial para el almacenamiento de energía de la red y la electrónica portátil debido a su alto rendimiento, bajo costo y escalabilidad.