Características del ciclo de carga y descarga de la batería de litio-azufre

El Instituto de Investigación de Tecnología Industrial de Japón (denominado Instituto de Investigación de Industria y Tecnología) anunció el 28 de junio de 2016 que había desarrollado conjuntamente una batería de litio y azufre con la Universidad de Tsukuba. Mediante el uso de una estructura organometálica como separador de batería, se realiza un ciclo de carga y descarga estable a largo plazo. Según los informes, la batería de litio-azufre aún puede mantener una capacidad de carga de hasta 900 mAh / g después de 1500 ciclos de prueba a una densidad de corriente de 1 C (valor actual al final de la descarga después de 1 hora de descarga de corriente constante).

Una batería de litio-azufre que utiliza azufre como electrodo positivo de una batería de litio tiene una alta capacidad de electrodo positivo (el valor teórico es 1675 mAh / g) y se espera que sea una batería de nueva generación. Sin embargo, el problema con este tipo de batería es que el sulfuro de litio, el producto intermedio de la reacción de descarga, se disuelve fácilmente en el electrolito. Por lo tanto, a medida que avanza el ciclo de carga y descarga, los iones polisulfuro disueltos inician la oxidación entre los electrodos positivo y negativo. La reacción de reducción (efecto lanzadera), que se produce repetidamente, hace que la capacidad de la batería se deteriore.

Esta vez, los investigadores no tomaron medidas para evitar la disolución de los polisulfuros, sino que utilizaron el "tamiz molecular", una estructura organometálica que se usaba a menudo para la adsorción y separación de moléculas de gas, para limitar el movimiento de polisulfuros a el electrodo negativo. El esqueleto organometálico tiene microporos tridimensionales de subnanómetros a varios nanómetros y de tamaño fijo.

El material de la membrana se selecciona de una estructura organometálica en la que el tamaño de los poros es tal que los iones polisulfuro pueden pasar pero los iones litio pueden pasar. Y mezclándolo con la capa de óxido de grafeno, se sintetizó una película de esqueleto orgánico de metal compuesto flexible. Debido a que es un cristal, el esqueleto orgánico metálico tiene la desventaja de romperse fácilmente.

Los investigadores encontraron que cuando la membrana de esqueleto orgánico de metal compuesto se usa como un separador de batería de litio y azufre amarillo, se puede suprimir el efecto lanzadera que se considera un problema, y se puede evitar la reducción de la capacidad de carga y descarga y las características del ciclo bajado. Después de repetir 1500 ciclos de carga y descarga a temperatura ambiente, en términos de capacidad de descarga y eficiencia culómbica, además de alrededor de 100 cargas y descargas realizadas para realizar la activación inicial, la capacidad de descarga de 100 a 1500 veces apenas se deterioró, mostrando que las buenas características del ciclo .

El objetivo futuro del Instituto de Investigación es desarrollar baterías de litio-azufre con un rendimiento excelente con el objetivo de un uso práctico. Los resultados de la investigación se publicaron en línea el 27 de junio (hora británica) en la revista académica británica Nature Energy.

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