DESARROLLO DE MATERIALES Y CATALIZADORES PARA BATERíAS
Las baterías son dispositivos de almacenamiento de energía que convierten la energía química contenida en sus materiales activos en energía eléctrica y viceversa, mediante reacciones de oxidación-reducción (redox). Estas celdas se componen de tres elementos principales: cátodo, electrodo donde ocurre la reducción, ánodo, electrodo donde se lleva a cabo la oxidación y electrolito, que funciona como conductor iónico poniendo en contacto ambos electrodos. Las líneas de investigación abordadas en el CIDMEJu, incluyen las actuales baterías de ion-litio, baterías de litio-azufre (Li-S) y baterías de litio-oxígeno (Li-O2). La primera, por ser la tecnología más utilizadas en la actualidad. Las dos restantes, con el fin de desarrollar nuevas alternativas para almacenar una mayor densidad de energía en baterías de nueva generación.
Sub
Líneas de Investigación
Las baterías de Li-S están formadas por un ánodo de litio metálico, un separador aislante eléctrico, que contiene un electrolito, formado por una sal de litio y un solvente orgánico no prótico, y un cátodo que contiene azufre. Durante el proceso de descarga, el litio metálico es oxidado a iones litio (Li+) en el ánodo, mientras que, en el cátodo, y en presencia de iones litio, el azufre elemental es reducido mayormente a sulfuro de litio (Li2S). Nuestros estudios se centran en desarrollar materiales que puedan ser usados como materiales soportes/conductores para el azufre, tales como: materiales carbonosos (ya sea procedentes de desechos/biomasa o de síntesis que utilicen métodos sencillos y reactivos químicos de bajo costo) y materiales no carbonosos basados en poliacrilonitrilo (PAN) y óxidos metálicos.
Miembros del equipo
Investigadorxs:
Victoria Flexer
Alvaro Y. Tesio
Walter Torres
Ana Laura Páez Jerez
Becarixs:
Valentina Busilacchio
Publicaciones
- "Non-Carbonaceous Materials as Cathode for Lithium-Sulfur Batteries". J. Electrochem. Soc. 2018, 165, A6119.
- "Versatility of a Nitrogen-Containing Monolithic Porous Carbon for Lithium-Based Energy Storage". ChemistrySelect 2018, 3, 8560.
- "Simple and Sustainable Preparation of Nonactivated Porous Carbon from Brewing Waste for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries". ChemSusChem 2020, 13, 3439.
- "Low-Temperature Synthesis of a Sulfur-Polyacrylonitrile Composite Cathode for Lithium-Sulfur Batteries". ChemistrySelect 2020, 5, 5465.
- "High Nitrogen Content Carbons: Morphological and Chemical Changes with Synthesis Temperature and Application in Lithium-Sulfur Batteries". Electrochimica Acta 2020, 359, 136942.
- "Synergistic Combination of TiO2 and S-PAN for Li-S Batteries with Long-term Cyclability at High C-rates". J. Electrochem. Soc. 2021, 168, 120536.
- "One-pot Synthesis of Hierarchical Porous Carbons with Extended Ultramicropores: New Prospective Materials for Supercapacitors". Carbon Trends 2021, 5, 100110.
- "Water Kefir Grains—Microbial Biomass Source for Carbonaceous Materials Used as Sulfur-Host Cathode in Li-S Batteries". Materials 2022, 15, 8856.
En estas baterías se encuentran los tres estados de la materia: sólido (litio metálico, ánodo), líquido (electrolito) y gaseoso (oxígeno, cátodo). La naturaleza de los componentes de esta batería hace que la capacidad de la misma, la cantidad de energía que puede almacenar, sea muy alta. En el grupo exploramos diferentes electrolitos (solventes-sales) que contengan aditivos que faciliten los procesos de carga-descarga (principalmente mediadores redox) para conseguir mejoras en su ciclabilidad, lo cual incrementa su tiempo de vida útil.
Miembros del equipo
Investigadorxs:
Alvaro Y. Tesio
Walter Torres
Becarixs:
Valentina Busilacchio
Lautaro Acosta
Publicaciones
- “Synthesis and Characterization of Aero-Eutectic Graphite Obtained by Solidification and Its Application in Energy Storage: Cathodes for Lithium Oxygen Batteries”. Electron. Mater. 2020, 1, 17.
- “Graphite Dendrites in Cast Iron and Their Fundamental Role in the Control of Morphology to Obtain Aero-Eutectic Graphite.” Minerals 2021, 11, 109.
- “Organic PolyRadicals as Redox Mediators: Effect of Intramolecular Radical Interactions in their Efficiency”. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 41, 45968.
- “Facile preparation of glycine-based mesoporous graphitic carbons with embedded cobalt nanoparticles”. J Mater Sci 2022, 57, 13403.
- “Role of Superoxide and Singlet Oxygen on the Oxygen Reduction Pathways in Li−O 2 Cathodes at Different Li + Ion Concentration”. ChemElectroChem 2022, 9, e202201037.
- “Spiro‐OMeTAD as Redox Mediator and Singlet Oxygen Scavenger in Lithium‐Oxygen Batteries”. Batteries & Supercaps 2022, e202200283.
Son el tipo de baterías que más se utiliza en la actualidad, fundamentalmente en los dispositivos electrónicos portátiles. Desde la década del 90 se viene estudiando e incrementando su desempeño. En la actualidad, lo que se busca son nuevos materiales para cátodos más económicos y seguros y métodos más eficientes para lograr el cargado de la batería de una manera más rápida, segura y reversible, prolongando su vida útil. Es desde estos tópicos en donde realizamos nuestros aportes científicos en el campo.
