Síntesis y caracterización de materiales híbridos de pirita y carbono empleados como cátodos para baterías de Litio.

DANIEL C. BARRACO; BERCOFF, PAULA G.; LUQUE, G.L.; BRACAMONTE, M. V; E.N. PRIMO

Bariloche

Congreso; XVII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados ? NANO 2017; 2017

Fundación Argentina de Nanotecnología

La pirita (FeS2) es un sulfuro de estructura cúbica formado por un 53,48 wt% de S y 46,52 wt% de Fe. Es uno de los minerales más comunes de la naturaleza y, en nuestro país, se encuentra en gran abundancia en yacimientos de la Puna jujeña. Debido a su baja toxicidad, bajo costo y la elevada capacidad teórica (894 mAhg-1), FeS2 es un prometedor candidato como material activo para el cátodo de baterías de litio-S. Sin embargo, los cátodos basados en la formación de Li2S presentan una baja ciclabilidad debido a la alta solubilidad de los polisulfuros que se forman como productos de la litiación. Estos polisulfuros difunden al ánodo produciendo un corto-circuito en las baterías [1]. De esta manera, se requiere de estrategias que prevengan esta difusión a los fines de que FeS2 pueda tener una aplicación efectiva en baterías de uso comercial e industrial.Teniendo en cuenta esta necesidad, en este trabajo se presenta la síntesis y caracterización de estructuras híbridas basadas en FeS2 y carbono (C-FeS2) para su posterior aplicación como materiales activos de cátodos para baterías de Li-S. El recubrimiento carbonoso se realizó con el fin de incrementar la conductividad del material y actuar como barrera de difusión para los polisulfuros formados durante el proceso de descarga de la batería. La síntesis de FeS2 se llevó a cabo por molienda de alta energía de Fe y S, seguida de un tratamiento térmico a 350 °C en vacío. El recubrimiento carbonoso, para la formación del híbrido, se realizó mediante polimerización in-situ de dopamina y su posterior annealing a 450 °C durante 3 h. La aplicabilidad de los cátodos basados en estos materiales se evaluó mediante voltamperometría cíclica y ciclos galvanostáticos de carga y descarga. La formación de FeS2 fue confirmada a partir de la caracterización por difracción de rayos X y espectroscopia Raman. Por otro lado, el recubrimiento carbonoso con polidopamina y su posterior reducción a carbono amorfo, durante el annealing 450 ºC, fue exitosamente confirmado por TGA y espectroscopia IR, obteniéndose porcentajes de cubrimiento del 23 wt%. Los cátodos preparados empleando el híbrido C-FeS2 presentaron una mayor retención en la capacidad específica de las baterías de Li-S respecto a FeS2. De esta manera, se concluye que el recubrimiento con carbono amorfo no solo otorgó al híbrido C-FeS2 una mayor conductividad, sino que además actuó como barrera a la difusión de los polisulfuros durante el ciclado de la batería.