Mechanochemical optimization of ZIF-8/Carbon/S-8 composites for lithium-sulfur batteries positive electrodes

Autor(es)

Souza, Breno L. ^[1] ; Chauque, Susana ^[1] ; de Oliveira, Paulo F. M. ^[1] ; Emmerling, Franziska F. ^[2] ; Torresi, Roberto M. ^[1]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Sao Paulo, Dept Quim Fundamental, Inst Quim, Av Prof Lineu Prestes 748, BR-05508000 Sao Paulo, SP - Brazil

^[2] BAM Fed Inst Mat Res & Testing, Richard Willstatter Str 11, D-12489 Berlin - Germany

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY; v. 896, n. SI SEP 1 2021.
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Resumo

The application of lithium-sulfur (Li-S) batteries is still limited by their rapid capacity fading. The pulverization of the sulfur positive electrode after the lithiation and the consequence dissolution of long chain polysulfides in organic solvents lead to the shuttle effect. To address these issues, here we report the mechanochemical preparation of ZIF-8 (Zeolitic Imidazole Framework-8)-based composites as sulfur hosts for positive electrodes in Li-S batteries. We studied different methods for the incorporation of conductive carbon. Also, the replacement of Zn2+ metal centers by other bivalent metals (Cu2+, Co2+ and Ni2+), enabled the preparation of other ZIF8-based materials. The positive electrode ZIF-8/C/S8 showed initial discharges of 772 mA h g-1 while the pristine one, ZIF-8/S8, displayed 502 mA h g-1. The enhanced performance of 54% for ZIF-8/C/S8 indicates that the direct mechanochemical synthesis of ZIF-8 with conductive carbon is beneficial at initials charge/discharge process in comparison to traditional slurry preparation (ZIF-8/S8). Also, the Li2S6 absorption tests shows 87% of discoloration with ZIF-8/C/S8, confirming the better polysulfides absorption. (AU)

• Processo FAPESP: 17/15456-0 - Mecanoquímica de sólidos como rota verde para síntese de materiais avançados
• Beneficiário: Paulo Filho Marques de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/11320-0 - Capacitores eletroquímicos de alto desempenho
• Beneficiário: Susana Chauque
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/26308-7 - Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nano-estruturados e suas aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão/armazenamento de energia
• Beneficiário: Roberto Manuel Torresi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/09341-1 - Baterias de lítio-enxofre: nova geração no desenvolvimento de eletrodos positivos baseados em compósitos de MOFs/enxofre
• Beneficiário: Breno Luiz de Souza
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado