Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos! |
 |
Cerdanyola del Vallès, 25 de maig de 2022. L'energia solar i eòlica són recursos útils per a la generació d'energia, però són intermitents (durant la nit o en dies ennuvolats els panells solars no funcionen, per exemple.) Les tecnologies d'emmagatzematge d'energia elèctrica són una solució clau a aquests problemes d'intermitència i es poden integrar amb formes renovables de generació d'energia. Dins aquest tipus de tecnologies, les bateries de sodi sulfur (Na-S) de temperatura ambient es consideren un dels candidats més prometedors a causa de la seva alta densitat d'energia teòrica – la quantitat d'energia que poden emmagatzemar – i el seu baix cost. No obstant això, aquest sistema de bateria pateix d'una baixa velocitat de reacció a temperatura ambient, fet que limita radicalment el rendiment de la bateria i, a la pràctica, en dificulta la comercialització.
Una estratègia eficient per lidiar amb aquest desafiament és l'ús de carboni porós com a portador per encapsular sulfur molecular, millorant de manera significativa la seva conductivitat. Aquest sistema actua com a càtode de la bateria, que és l'elèctrode on té lloc la reacció de reducció. Perquè la bateria funcioni, els ions de sodi han de migrar de l'ànode cap al càtode. No obstant això, en aquests sistemes és un desafiament proporcionar ions de sodi totalment accessibles que no obstrueixin els porus subnanomètrics del portador de carboni.
En una publicació a la revista científica Advanced Materials, un equip de recerca internacional format per institucions australianes i xineses en col·laboració amb el Sincrotró ALBA descriu la síntesi de nanoesferes de carboni micro-mesoporoses (MMPCS, per les sigles en anglès) i les presenta com a eficients portadors de sulfur per a bateries de sodi-sulfur. Com que presenten una distribució contínua dels porus, es creen canals continus que permeten el moviment dels ions de sodi sense que els canals s'obstrueixin. Això permet una alta conductivitat, cosa que porta a una ràpida reacció de reducció-oxidació del sulfur durant el procés de càrrega/descàrrega.
Aquest treball aporta nova informació útil per al progrés del càtode de sulfur en bateries de sodi-sulfur a temperatura ambient i proporciona una estratègia prometedora per al disseny viable d'altres bateries de tipus metall-sulfur, en especial bateries de liti-sulfur i de potassi- sulfur.
L'equip va sintetitzar tres mostres diferents de les esferes de carboni poroses i va dur a terme diversos experiments per analitzar i comparar les característiques i el comportament de cada mostra. En concret, van determinar l'especiació del sulfur mitjançant espectroscòpia d'absorció de raigs X (XAS, per les sigles en anglès) del vèrtex-K del sulfur a la línia de llum CLAESS del Sincrotró ALBA. Aquests experiments, juntament amb dades de difracció de raigs X (XRD, per les sigles en anglès) recollits al Sincrotró Australià i càlculs de Transformada de Fourier discreta (DFT, per les sigles en anglès) van provar l'existència d'una interfície estable de sulfur a les esferes de carboni poroses sintetitzades a 800 °C i que aquesta juga un paper important a millorar la ràtio de difusió de l'ió sodi i a l'estabilitat dels cicles.
Aquest treball és una col·laboració entre la Universitat de Ciència i Tecnologia de Kunming (Xina), la Universitat de Wollongong (Austràlia), el Sincrotró ALBA, la Universitat de Nova Gal·les del Sud (Austràlia), la Universitat de Tecnologia de Sydney (Austràlia), el Sincrotró Australià i la Universitat de Wenzhou (Xina).
Figure. (a) Sèrie d'espectres XANES per al vèrtex K obtinguts d'un elèctrode MMPCS-800@S durant el primer cicle de sodiació/desodiació i el segon cicle de sodiació. (b) Espectre d'absorció de raigs X de sulfur en diversos estats durant la primera càrrega/descàrrega. (c) Imatge 2D XAS de diferents espècies inicials de sulfur, intermediaris i productes finals. (d) Els canvis d'intensitat del sulfur, Na2Sx (x = 4,6), i Na2S a partir de mesures XAS in situ que corresponen a les corbes de càrrega/descàrrega. (e) Il·lustració esquemàtica de la capa de Na2S formada després del procés de descàrrega.
Referència: Can Wu, Yaojie Lei, Laura Simonelli, Dino Tonti, Ashley Black, Xinxin Lu, Wei-Hong Lai, Xiaolan Cai, Yun-Xiao Wang, Qinfen Gu, Shu-Lei Chou,* Hua-Kun Liu, Guoxiu Wang, and Shi-Xue Dou. Continuous Carbon Channels Enable Full Na-Ion Accessibility for Superior Room-Temperature Na–S Batteries. Advanced Materials (2022). DOI: 10.1002/adma.202108363
Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-20-15798.
