Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Prof. Zhang Huigang do Instituto de Engenharia de Processos (IPE) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e Dr. Lu Jun do Laboratório Nacional de Argonne, EUA, encontrou uma relação "em forma de vulcão" entre adsorção de polissulfetos e atividade catalítica em baterias de lítio-enxofre (Li-S).
O estudo foi publicado na revista Nature Catalysis em 16 de junho.

De acordo com o Prof. Zhang, essa relação em forma de vulcão pode modificar o princípio de longa data de que "a forte adsorção de polissulfetos leva a uma boa atividade catalítica".

O sistema Li-S apresenta grande potencial para baterias de próxima geração devido à sua alta densidade de energia. No entanto, a cinética lenta das reações de conversão de polissulfeto leva ao "efeito de transporte" e limita a capacidade de taxa e ciclabilidade, o que dificulta as aplicações práticas.

Recentemente, muitos estudos experimentais relataram que a conversão catalítica de polissulfetos desempenha um papel crítico no aumento da cinética e na supressão do transporte de polissulfetos. Apesar da melhoria significativa no desempenho eletroquímico das baterias Li-S, os estudos sobre catalisadores se basearam fortemente em tentativa e erro e o princípio governante permaneceu elusivo.

Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que, embora uma forte adsorção de polissulfetos possa diminuir a barreira de ativação para a conversão de polissulfetos, ela, por sua vez, impede a dessorção de produtos. Isso se deve ao princípio de escalonamento, pois os polissulfetos (de Li₂ S₈ para Li₂ S₂ /Li₂ S) são adsorvidos sequencialmente nos mesmos locais durante a carga/descarga.

Para regular a energia de adsorção e maximizar a eficiência catalítica, eles doparam o metal de transição na estrutura cristalográfica do ZnS. Os dopantes foram colocados em estados estressados ​​e seus orbitais d foram ajustados de acordo. Como resultado, a energia de adsorção teve uma relação linear com o centro da banda d dos dopantes, mas a atividade catalítica mostrou uma tendência "em forma de vulcão".

Tal descoberta indica que uma suposição de longa data de fortalecer a adsorção para aumentar a catálise é inválida quando a dessorção é limitante da taxa. "Catalisadores e absorventes em uma bateria Li-S devem ser projetados separadamente para melhorar o desempenho das baterias Li-S", disse o Prof. Zhang.

Este estudo oferece uma base racional para entender o processo catalítico de baterias Li-S em níveis atômicos ou moleculares e para projetar novos catalisadores. + Explorar mais

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