Las futuras baterías de Li/S podrían estar compuestas por un ánodo de metal de litio y un cátodo de azufre. En efecto, el par Li-S tiene una densidad de energía teórica de 2500 Wh/kg muy superior a los pares electroquímicos que se utilizan actualmente en las baterías de Li-ion, de ahí su interés por integrarse en este tipo de dispositivos.
Este dibujo ilustra el principio de la microcalorimetría de inmersión: un vial de vidrio que contiene una muestra (En general, una muestra es una pequeña cantidad de materia, información o…) de carbono (El carbono es un elemento químico de la familia de los cristalógenos, símbolo C,…) microporoso se sella al vacío (El vacío se suele definir como la ausencia de materia en una zona espacial.). El extremo quebradizo del bulbo (Un bulbo es un brote subterráneo vertical con hojas modificadas utilizadas…) se rompe en azufre (El azufre es un elemento químico de la familia de los calcógenos, símbolo S y…) líquido (La fase líquida es un estado de la materia En esta forma, la materia está…) dentro de una celda calorimétrica. El azufre líquido, que consiste principalmente en anillos S8, humedece el conjunto (En la teoría de conjuntos, un conjunto designa intuitivamente una colección…) de la superficie (Una superficie generalmente designa la capa superficial de un objeto. El término a…) disponible , incluidos los microporos.
© Vanessa (El género Vanessa incluye mariposas de la familia Nymphalidae. Esta especie…) Coulet
Desafortunadamente, el azufre es un aislante (un aislante es un material que evita el intercambio de energía entre dos sistemas…) y debe estar confinado en matrices de carbono poroso para producir electrodos conductores (cátodos). La eficacia de los electrodos dependerá entonces del tamaño de poro de la matriz de carbono, de la interacción (Una interacción es un intercambio de información, afectos o energía entre dos agentes dentro de…) entre los átomos (Un átomo (del griego ατομος , atomos, «que no se puede…) de azufre y carbono que influye en la estabilidad del electrodo, y la extensión de la superficie de carbono en contacto directo con el azufre.
Los científicos del laboratorio MADIREL (CNRS/AMU) utilizaron termodesorción y calorimetría de inmersión para describir cómo el azufre quedaba atrapado en los microporos. Evaluaron así la energía (En el sentido común, energía designa todo lo que hace posible realizar un trabajo, fabricar…) de interacción entre el azufre y la superficie del carbón poroso.
Sus resultados muestran que las interacciones azufre/carbono dependen poco de la estructura de la red porosa (una red informática es un conjunto de equipos conectados entre sí para intercambiar…), que cualquier efecto de quimisorción es insignificante y que el área de superficie total accesible a el azufre es comparable al determinado por el método «clásico» de adsorción (La adsorción, que no debe confundirse con la absorción, es un fenómeno superficial por el cual…) del nitrógeno (L El nitrógeno es un elemento químico de la familia de los pnictógenos, símbolo N y …) a 77 K. Resultados que abren el camino a una impregnación mejor controlada de carbones porosos por azufre para cátodos de baterías de Li-S con propiedades optimizadas.
Referencia:
Dra. Marie-Vanessa Coulet, Loïc Gourmellen & Dr. Renaud Denoyel.
Energética de la interacción azufre-carbono
ChemPhysChem 2022 23(24), e2022004
https://doi.org/10.1002/cphc.202200416
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