Trabajo de grado - Maestría
Estudio de los procesos redox del azufre elemental en solventes orgánicos usando carbón vítreo modificado con PEDOT (3,4-etilén-dioxi-tiofeno) y líquidos iónicos como electrolitos de soporte
Fecha
2022Registro en:
Universidad Nacional de Colombia
Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia
Autor
Moreno Piza, Oscar Javier
Institución
Resumen
Las baterías de litio-azufre han sido foco de estudio durante varios años, sin embargo, su implementación se ha visto limitada debido a su corta vida útil debido al efecto ‘suttle’, el cual se debe al transporte de los polisulfuros hacia el ánodo formando depósitos altamente resistivos que pasivan los electrodos. Este inconveniente puede solucionarse al restringir los procesos de transporte de estas especies desde el cátodo al ánodo y al mismo tiempo mejorar la cinética de transferencia de carga de las reacciones electroquímicas. Este trabajo de investigación estudia las reacciones redox del azufre elemental en acetonitrilo (CH3CN) y dimetilsulfóxido (DMSO) sobre electrodos de trabajo de carbón vítreo y carbón vítreo modificado con una lámina delgada de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) empleando voltamperometría cíclica, voltamperometría ac y espectroscopia de impedancia electroquímica. Como electrolitos se emplearon hexafluorofosfato de tetrabutilamonio (TBAPF6), 1-Butil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato ([Bmim][BF4]) y 1-Butil-3-metilimidazolio triflato ([Bmim][OTf]). Se encontró que la cinética de transferencia de carga para la primera reacción de reducción del S8 sobre carbón vítreo es más rápido en CH3CN que en DMSO y cuando [Bmim][OTf] se usa como electrolito. Por otro lado, se encontró que el PEDOT es electrocatalítico para la primera reacción de reducción del azufre elemental. Finalmente, al encapsular el azufre entre láminas de PEDOT es posible aumentar el tiempo de retención de las especies de azufre al interior del PEDOT bajo ciclos sucesivos de oxido-reducción si se usan líquidos iónicos puros como electrolitos (Texto tomado de la fuente) The commercial use of Lithium-sulfur batteries has been limited by their short service life due to the shuttle effect of polysulfides, which is due the transport of polysulfides towards the anode and the formation of highly resistive deposits that passivate the electrodes. This problem can be solved by decreasing the transport of these species from the cathode to the anode and improving at the same time the kinetics of electron transfer reactions. This work studies by electrochemical impedance spectroscopy and cyclic and ac voltammetry the redox reactions of elemental sulfur in either acetonitrile (CH3CN) or Dimethyl sulfoxide (DMSO) using as a working electrode either pristine glassy carbon (GC) or GC modified with a thin film of Poly 3,4-ethylenedioxythiophene (GC-PEDOT) as working electrodes. As electrolytes were studied tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF6), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Bmim][BF4]) and 1-Butyl-3-methylimidazolium triflate ([Bmim][OTf]). It was found that the kinetics of the first reduction reaction of S8 on GC is much faster in CH3CN than in DMSO and when [Bmim][OTf] is used as electrolyte. On the other hand, it was found that PEDOT is electrocatalytic for the first reduction reaction of elemental sulfur. Finally, by encapsulating the sulfur in PEDOT it is possible to increase the retention of the sulfur species inside PEDOT upon redox cycling if pure ionic liquids are used as electrolytes.