KAUST y el equipo de Aramco desarrollan espuma MoS2 jerárquicamente porosa en 3D de alta calidad

Apr 05, 2024

Investigadores de KAUST y Aramco han desarrollado una espuma tridimensional de disulfuro de molibdeno con una jerarquía estructural de siete órdenes de magnitud. La espuma proporciona una red interpenetrante para un transporte de carga eficiente, una rápida difusión de iones y un soporte mecánicamente resistente y químicamente estable para reacciones electroquímicas.

El extraordinario rendimiento electroquímico de la espuma de disulfuro de molibdeno supera a la mayoría de los ánodos de baterías de iones de litio a base de disulfuro de molibdeno y a los materiales de última generación. Un artículo de acceso abierto sobre el trabajo se publica en Nature Communications.

La espuma autoensamblable presenta una estructura jerárquica compleja que le permite absorber repetidamente y luego liberar grandes cantidades de iones de litio con facilidad. El material podría convertirse en un componente clave de las baterías de litio de larga duración y carga rápida.

(a) El esquema de fabricación ilustra la configuración de EHD y la evolución estructural de la espuma MoS2. (b) Demostración de la fabricación escalable de espuma de MoS2 sobre un sustrato de cobre (Cu) de 4 pulgadas que comprende jerarquías estructurales de más de siete órdenes de magnitud, incluidas (c) redes porosas interconectadas, (d) estructura arquitectónica, (e) vórtice celda unitaria de armadura, (f) nanoporos y puntales, (g) láminas de MoS2 entrelazadas, (h) desgarros y agujeros en el plano basal, y (i) vacantes S. Wei y col.

La sustancia inorgánica disulfuro de molibdeno (MoS2) se ha señalado como un potencial material prometedor para el ánodo de una batería de iones de litio (LIB). Sin embargo, normalmente el MoS2 consta de capas 2D atómicamente delgadas, apiladas como hojas de papel. Esta frágil estructura en capas carece de estabilidad electroquímica y limita la difusión de iones de litio dentro y fuera del material, explica Xuan Wei, autor principal.

El equipo intentó convertir nanohojas 2D de MoS2 en un material 3D robusto adecuado para el uso de ánodos de baterías. Después de probar docenas de condiciones, el equipo finalmente dio con una configuración en la que las nanohojas forman una espuma 3D estable y organizada.

La espuma posee una estructura jerárquica muy ordenada, desde elementos estructurales nanoscópicos hasta características visibles a simple vista. Estas características fueron esenciales para el excelente rendimiento del ánodo de la batería del material, que según demostró el equipo mantuvo una alta capacidad de litio a lo largo del tiempo. Los ánodos LIB deben resistir la hinchazón y la contracción repetidas a medida que se absorbe y luego se libera una gran cantidad de litio durante cada ciclo de descarga/recarga de la batería.

Recursos

Wei, X., Lin, CC., Wu, C. et al. (2022) "Espuma de MoS2 tridimensional jerárquicamente porosa como ánodo de batería de iones de litio estable y de alta velocidad". Nat Commun 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

Publicado el 23 de diciembre de 2022 en Baterías, Antecedentes del mercado, Materiales | Enlace permanente | Comentarios (23)