SEPARADORES ELECTROHILADOS DE CELULOSA CON SiO2 PARA BATERÍAS DE LITIO-AZUFRE
Tommasone, Guillermina 1; Cometto, Fernando Pablo 2; Alburquenque Muñoz, Daniela Alejandra 3; Luque, Guillermina Leticia 1
1 Departamento de Química Teórica y Computacional, Facultad de Ciencias Químicas, UNC, Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba (INFIQC), Córdoba, Argentina. 2 Departamento de Fisicoquímica, Facultad de Ciencias Químicas, UNC, Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba (INFIQC), Córdoba, Argentina. 3 Centro de Nanotecnología Aplicada, Facultad de Ciencias, Ingeniería y Tecnología, Universidad Mayor, Santiago de Chile, Chile.
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Abstract
Los separadores son membranas permeables que actúan como barrera física para prevenir el contacto eléctrico entre los electrodos dentro de una batería y actúan como soporte de electrolito, permitiendo el transporte iónico. Los separadores convencionales de poliolefinas tienen baja estabilidad térmica, humectabilidad y retienen poco electrolito. La celulosa es el biopolímero más abundante en la naturaleza, y puede ser utilizada como una alternativa verde a las poliolefinas. Este polímero posee propiedades cruciales para el desarrollo de baterías de nueva generación como las de litio-azufre (Li-S), pudiendo mitigar algunos problemas que impiden su comercialización. En este trabajo se fabricaron membranas de acetato de celulosa con 0.5% p/p de nanopartículas de SiO2 (50 nm) a través de la técnica de electrospinning. Posteriormente, estas membranas fueron sometidas a un proceso de deacetilación simple con el objetivo de regenerar la celulosa y obtener separadores con alta porosidad y una estructura tridimensional de nanofibras. Se caracterizaron las propiedades fisicoquímicas y de transporte de los separadores de celulosa (estabilidad térmica, humectabilidad, conductividad iónica y número de transferencia de litio), propiedades fundamentales para el funcionamiento seguro y eficiente de la batería. Las propiedades electroquímicas fueron evaluadas mediante el ensamblado y ciclado de celdas Li-S. Con el propósito de comprender los mecanismos de degradación, las celdas fueron analizadas postciclado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS). Por último, se realizaron ensayos de espectroscopía UV-Visible para estudiar la interacción de la celulosa con polisulfuros y su capacidad de adsorción, evaluando su efectividad para mitigar el efecto shuttle. Los resultados demostraron que los separadores desarrollados presentan mejoras sustanciales tanto en sus propiedades fisicoquímicas como en la estabilidad electroquímica en comparación con membranas comerciales de poliolefinas, posicionándose como una alternativa prometedora y sostenible para baterías de Li-S.
Keywords: Baterías; Litio-Azufre; Celulosa