Equipa de investigação chinesa observa pela primeira vez em tempo real a separação de fases na interface de baterias de lítio-enxofre

De acordo com pt.wedoany.com-A equipa do Académico Sun Shigang e do Professor Liao Honggang da Universidade de Xiamen, em colaboração com a equipa do Professor Huang Yunhui da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, utilizando um dispositivo de microscopia eletrónica de transmissão líquida in situ eletroquímica desenvolvido autonomamente, observou pela primeira vez em tempo real, à escala nanométrica, o fenómeno de separação de fases impulsionado pela concentração na interface elétrico/eletrólito, revelando a formação e evolução da camada interfacial de polissulfureto de lítio de alta concentração em baterias de lítio-enxofre. Os resultados foram publicados na revista Nature.

As baterias de lítio-enxofre são consideradas um sistema importante para a próxima geração de baterias de armazenamento de energia de alta densidade energética. No entanto, em condições próximas da aplicação prática, como alta carga de enxofre e eletrólito pobre, os mecanismos microscópicos das reações internas têm sido difíceis de observar e explicar, limitando a melhoria da densidade energética, do desempenho de carregamento rápido e da estabilidade cíclica das baterias. A equipa de investigação superou as limitações dos métodos de observação tradicionais, utilizando a microscopia eletrónica de transmissão líquida in situ eletroquímica para obter imagens dinâmicas em tempo real de alta resolução deste tipo de reação interfacial.

As observações revelaram que, durante o processo de descarga, o polissulfureto de lítio enriquece-se continuamente na interface do elétrodo e sofre separação de fases, formando uma camada interfacial de alta concentração rica em aglomerados iónicos, estabelecendo duas vias de deposição de sulfureto de lítio: uma, através de reações de transferência de carga na superfície do elétrodo, seguida de deposição; outra, através de transferência de carga no eletrólito, seguida de deposição e crescimento. Ambas as vias determinam em conjunto a eficiência e a estabilidade da reação de conversão do enxofre nas baterias de lítio-enxofre.

Com base nestas descobertas, a equipa propôs um plano de otimização para o design de materiais e a regulação interfacial de baterias de lítio-enxofre de alta densidade energética e carregamento rápido, que consiste em estabelecer um equilíbrio entre a nucleação mediada pela superfície e o crescimento mediado pela solução, através da regulação adequada da concentração de polissulfureto de lítio, do teor de enxofre e da estrutura interfacial do elétrodo, alcançando assim uma conversão eficiente do enxofre e melhorando o desempenho da bateria. Este estudo revelou o mecanismo de formação de camadas de deposição de sulfureto de lítio com espessura à escala micrométrica, fornecendo uma nova base científica para o design de dispositivos de armazenamento de energia de próxima geração com alta densidade energética, carregamento rápido e longa vida útil.