MATERIAL COMPUESTO DE AZUFRE Y POLIPIRROL-GRAFITO COMO CÁTODO PARA BATERÍA DE LI-S

M. S. ALVAREZ; M. G ORTIZ; J. AMALVY

Mar del Plata

Congreso; XV Simposio Argentino de Polímeros I Congreso Argentino de Materiales Compuestos; 2023

INTEMA, UNMdP-CONICET

Las baterías de iones de litio (Li-ion) han dominado el mercado debido a su alta densidad de energía y largo ciclo de vida. Sin embargo, la creciente demanda de baterías de alta densidad de energía requiere el desarrollo de materiales catódicos alternativos con altas capacidades. El azufre es un material muy prometedor ya que exhibe una alta capacidad de carga teórica (1675 mAhg-1) [1], por lo que se pueden obtener baterías con densidades de energía dos o tres veces mayores que las baterías de Li-ion disponibles actualmente.Sin embargo, existen muchos desafíos que impiden la comercialización de las baterías de litio-azufre (Li-S): (i) la baja conductividad eléctrica del azufre y el sulfuro formado [2], (ii) cambios estructurales y de volumen significativos durante la reacción [3], (iii) formación de polisulfuros de litio durante el proceso de carga-descarga que son solubles en electrolito orgánico, produciéndose así una pérdida de materia activa en el cátodo, (iv) la deposición de polisulfuros solubles en la superficie del ánodo que genera problemas de corrosión y un aumento de la resistencia interna de la celda con su consiguiente pérdida de capacidad de carga-descarga [4].La conductividad electrónica del cátodo de las baterías Li-S puede mejorarse empleando un compuesto de azufre y materiales conductores, como el carbono y los polímeros conductores. Estos materiales conductores deben tener un área superficial específica alta y una estructura porosa que permita absorber y contener a los polisulfuros de litio. Además, la flexibilidad de la estructura es importante para acomodar grandes cambios de volumen durante el proceso de carga-descarga.El polipirrol (PPy) es un polímero conductor con una conductividad de 1-100 Scm-1 y una alta capacidad de absorción. Junto con la mejora de la conductividad, el PPy favorece la distribución homogénea del azufre en el compuesto. En esta contribución presentamos la preparación y caracterización del material compuesto PPy-Grafito [5] como aditivo para materiales catódicos en baterías de litio-azufre. El PPy se sintetizó por polimerización química. El material del cátodo se sintetizó con un 70% en peso de azufre en polvo, un 20% en peso de grafito y un 10% en peso de PPy. Luego, este se calcinó en atmósfera de nitrógeno a 155°C, durante 4 horas.Los electrodos se fabricaron revistiendo una mezcla de suspensión sobre un colector de corriente de aluminio, luego se secaron y prensaron. La mezcla de suspensión se preparó con un 80% en peso del material activo en polvo (S) y un 10% en peso de polvo de aditivo conductor (carbono Super P) con la solución aglutinante de N-metilpirrolidona y un 10% en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF). Este material catódico se caracterizó con microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA) y técnicas electroquímicas como voltametría cíclica, espectroscopía de impedancia electroquímica y ciclos de carga-descarga.