Revolucionando el almacenamiento de energía: nanoclusters metálicos para baterías estables de litio-azufre
por Staff Writers
Tokio, Japón (SPX) 16 de octubre de 2023
La demanda de sistemas eficientes de almacenamiento de energía es cada vez mayor, especialmente debido a la reciente aparición de energías renovables intermitentes y la adopción de vehículos eléctricos. En este sentido, las baterías de litio-azufre (LSB), que pueden almacenar de tres a cinco veces más energía que las baterías tradicionales de iones de litio, se han convertido en una solución prometedora.
Los LSB utilizan litio como ánodo y azufre como cátodo, pero esta combinación plantea desafíos. Un problema importante es el "efecto lanzadera", en el que las especies intermedias de polisulfuro de litio (LiPS) formadas durante el ciclo migran entre el ánodo y el cátodo, lo que resulta en una disminución de la capacidad, un ciclo de vida bajo y un rendimiento de velocidad deficiente. Otros problemas incluyen la expansión del cátodo de azufre durante la absorción de iones de litio y la formación de especies aislantes de litio-azufre y dendritas de litio durante el funcionamiento de la batería. Si bien se han empleado diversas estrategias, como compuestos catódicos, aditivos de electrolitos y electrolitos de estado sólido, para abordar estos desafíos, implican compensaciones y consideraciones que limitan un mayor desarrollo de los LSB.
Recientemente, los nanoclusters metálicos atómicamente precisos, agregados de átomos metálicos de entre 1 y 3 nanómetros de tamaño, han recibido considerable atención en la investigación de materiales, incluidos los LSB, debido a su alta designabilidad, así como a sus estructuras geométricas y electrónicas únicas. Sin embargo, aunque se han sugerido muchas aplicaciones adecuadas para los nanoclusters metálicos, todavía no hay ejemplos de sus aplicaciones prácticas.
Ahora, en un último estudio colaborativo publicado en la revista Small el 25 de agosto de 2023, un equipo de investigadores de Japón y China, dirigido por el profesor Yuichi Negishi de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), ha aprovechado la propiedad de unión a la superficie y la actividad redox de Nanoclusters de oro (Au) dopados con platino (Pt), Au24Pt(PET)18 (PET: feniletanotiolato, SCH2CH2Ph), como electrocatalizador de alta eficiencia en LSB. El trabajo es coautor del profesor asistente Saikat Das de TUS, el profesor Deyan He y el profesor asociado junior Dequan Liu de la Universidad de Lanzhou, China.
Los investigadores prepararon compuestos de nanoláminas de Au24Pt(PET)18 y grafeno (G) con una gran superficie específica, alta porosidad y red conductora, y los utilizaron para desarrollar un separador de baterías que acelera la cinética electroquímica en el LSB. "Los LSB ensamblados utilizando el separador basado en Au24Pt(PET)18@G detuvieron los LiPS en tránsito, inhibieron la formación de dendritas de litio y mejoraron la utilización del azufre, demostrando una excelente capacidad y estabilidad cíclica", destaca el profesor Negishi. La batería mostró una capacidad específica reversible alta de 1535.4 mAh g-1 para el primer ciclo a 0.2 A g-1 y una capacidad de velocidad excepcional de 887 mAh g-1 a 5 A g-1. Además, la capacidad retenida después de 1000 ciclos a 5 A g-1 fue de 558.5 mA h g-1.
Estos resultados resaltan las ventajas de utilizar nanoclusters metálicos en LSB. Incluyen una densidad de energía mejorada, un ciclo de vida más largo, características de seguridad mejoradas y un impacto ambiental reducido de los LSB, lo que los hace más amigables con el medio ambiente y competitivos con otras tecnologías de almacenamiento de energía.
“Los LSB con nanoclusters metálicos pueden encontrar aplicaciones en vehículos eléctricos, electrónica portátil, almacenamiento de energía renovable y otras industrias que requieren soluciones avanzadas de almacenamiento de energía. Además, se espera que este estudio allane el camino para los LSB totalmente de estado sólido con funcionalidades más novedosas”, destaca el profesor Negishi. En un futuro próximo, la tecnología propuesta puede conducir a dispositivos de almacenamiento de energía más rentables y duraderos. Esto ayudaría a reducir las emisiones de carbono y apoyaría la adopción de energías renovables, promoviendo la sostenibilidad.
¡Esperemos que este trabajo motive también la aplicación de nanoclusters metálicos a otros sistemas de almacenamiento de energía sostenibles!
Informe de investigación:Nanoclusters metálicos como inmovilizador superior de polisulfuros para baterías de litio-azufre altamente estables
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Universidad de Ciencias de Tokio
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- Fuente: https://www.energy-daily.com/reports/Revolutionizing_energy_storage_Metal_nanoclusters_for_stable_lithium_sulfur_batteries_999.html
