Las baterías de litio-azufre representan un sistema de almacenamiento de energía prometedor debido a su alta densidad energética teórica 8 veces mayor a las baterías de litio comerciales. Sin embargo, la solubilización de las especies intermedias de azufre en el electrolito limita su capacidad de almacenamiento y tiempo de vida. Algunas estrategias empleadas para resolver este problema se basan en la mejora de la cinética del material activo de azufre, de la estructura del cátodo y el confinamiento de azufre en el cátodo.
En este trabajo se examinaron polímeros electrolitos como aglutinantes en cátodos de celdas de Li-S. Los copolímeros fueron sintetizados mediante la técnica de polimerización RAFT en solución acuosa del 4-estiensulfonato de sodio (NaSS) y poli(polietilenglicol)acrilato-PEGA480 (Mn=480 Da). Los copolímeros lineales (DB-100:100) y tipo estrella con núcleo entrecruzado (S-100). Para la obtención el S-100 se adicionalmente se agregó la N,N’-mentilenbisacrilamida al 10% mol. Los (co)polímeros fueron caracterizados por 1H RMN, SEC y DSC.
La evaluación electroquímica de los copolímeros como aglutinantes se llevó a cabo en cátodos de celdas Li | 1M LiTFSI, 1% LiNO3, 1:1 DOL:DME | S8 Carbón Super P. Los análisis electroquímicos revelaron un mejor desempeño en los copolímeros sintetizados en comparación con el aglutinante comercial poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF). Los copolímeros DB-100:100 y s-100 muestran temperaturas de transición vítrea bajas (-20.3 y 25 °C), lo cual facilita la conducción de Li+; además, una mayor capacidad específica (461 y 490 mAh/g, respectivamente) retenida al menos 89% durante 180 ciclos y un menor sobrepotencial de celda (105 y 135 mV), lo que pone de manifiesto una mayor utilización del material activo. El copolímero S-100 exhibió una mayor capacidad específica, módulo elástico y tenacidad. Tomando en cuenta su estructura molecular, este copolímero proporcionó una mejor estructura del cátodo, lo cual permite amortiguar el cambio dimensional del material activo durante los ciclos.
Agradecemos al Consejo Nacional de Humanidades, Ciencia y Tecnología por financiar el proyecto Ciencia de Frontera CF-1717328. A el Centro de Investigación en Química Aplicada y la Universidad Autónoma Metropolitana por brindar la infraestructura para el desarrollo del proyecto.
