Aumento da longa estabilidade do cátodo de enxofre pela encapsulação de enxofre em microporos de esferas de carbono

Para aumentar a longa estabilidade do cátodo de enxofre para um sistema de bateria de lítio-enxofre de alta energia, um compósito de enxofre-esfera de carbono foi preparado pela encapsulação de enxofre em microporos de esferas de carbono por tratamento térmico de uma mistura de enxofre sublimes e esferas de carbono. O enxofre elemental existe em um estado altamente disperso dentro dos microporos das esferas de carbono com uma grande área de superfície e uma distribuição de poros estreita, com base nas análises de difração de raios X em pó (XRD), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), Brunauer–Emmett–Teller (BET), termogravimetria (TG) e varredura de linha de elemento local. É demonstrado a partir do processo de descarga–carga galvanostática, voltametria cíclica (CV) e espectros de impedância eletroquímica (EIS) que o compósito de enxofre-esfera de carbono tem uma grande capacidade reversível e uma excelente capacidade de descarga em alta taxa como materiais catódicos. Em particular, o compósito de enxofre-esfera de carbono com 42% em peso de enxofre apresenta uma longa estabilidade eletroquímica de até 500 ciclos, com base na reação eletroquímica restrita dentro dos microporos estreitos das esferas de carbono devido à forte adsorção. Portanto, a reação eletroquímica restrita dentro dos microporos proposta aqui seria o fator dominante para a estabilidade prolongada do cátodo de enxofre. O conhecimento adquirido neste estudo é importante não apenas para o design de novos materiais de eletrodo eficientes, mas também para compreender o efeito dos microporos na estabilidade do ciclo eletroquímico.