Crecimiento Tridimensional de Li2S en Baterías de Litio–Azufre Promovido por un Mediador Redox

Durante la descarga de una batería de litio-azufre (Li-S), se electrodeposita una capa 2D electrónicamente aislante de Li2S sobre el colector de corriente. Una vez que el colector de corriente está envuelto, el sobrepotencial de la celda aumenta y su descarga se detiene, a menudo antes de alcanzar la capacidad total del material activo. Guiados por una nueva plataforma computacional conocida como el Genoma del Electrolito, avanzamos y aplicamos benzoghiperileneimida (BPI) como mediador redox para la reducción de polisulfitos disueltos a Li2S. Con la presencia de BPI, mostramos que ahora es posible electrodepositar Li2S como depósitos porosos en 3D sobre colectores de carbono durante la descarga de la celda. Como resultado, la utilización de azufre mejoró un 220% debido a un aumento de 6 veces en la formación de Li2S. Para entender el mecanismo de crecimiento, se realizó la electrodeposición de Li2S bajo control galvostático y potenciostático. La cinética observada bajo control potenciostático se modeló utilizando cinéticas de transformación de fase de Avrami modificadas, que mostraron que BPI ralentiza el impacto de las islas aislantes de Li2S sobre el carbono. Conceptualmente, el emparejamiento de carbones conductores con BPI puede verse como un enfoque vascular para el diseño de colectores de corriente para dispositivos de almacenamiento de energía: aquí, las "arterias" de carbono conductivo dominan el transporte de electrones a larga distancia, mientras que los "capilares" de BPI median el transporte a corta distancia y la transferencia de electrones entre los materiales de almacenamiento y el electrodo de carbono.