En un nuevo estudio, investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. avanzan en la investigación de baterías basadas en azufre.
Las investigaciones progresaron significativamente al crear una capa dentro de la batería que añade capacidad de almacenamiento de energía al tiempo que casi elimina un problema tradicional de las baterías de azufre que causaba corrosión.
En su artículo, los científicos explican que un prometedor diseño de batería combina un cátodo que contiene azufre con un ánodo de metal de litio. Entre ambos componentes se encuentra el electrolito, o sustancia que permite el paso de iones entre los dos extremos de la batería.
Las primeras baterías de litio-azufre (Li-S) no funcionaban bien porque las especies de azufre (polisulfuros) se disolvían en el electrolito, provocando su corrosión. Este efecto de desplazamiento de los polisulfuros afecta negativamente a la vida útil de la batería y reduce el número de veces que puede recargarse.
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Para evitar este desplazamiento de polisulfuro, las investigaciones anteriores se centraron en colocar una capa intermedia redox-inactiva entre el cátodo y el ánodo. El término “redox-inactivo” significa que el material no sufre reacciones como las de un electrodo.
Pero esta capa intermedia protectora es pesada y densa, lo que reduce la capacidad de almacenamiento de energía por unidad de peso de la batería. Tampoco reduce adecuadamente el desplazamiento.
La solución para contar con las baterías de litio-azufre
Para solucionar este problema, el grupo del Laboratorio Nacional Argonne desarrolló una capa intermedia porosa que contiene azufre.
Las pruebas de laboratorio demostraron que la capacidad inicial de las baterías Li-S con esta capa intermedia activa era tres veces superior a la inactiva. Y lo que es más impresionante, las células con la capa intermedia activa mantuvieron una alta capacidad durante 700 ciclos de carga y descarga.
“Los experimentos anteriores con células que tenían la capa redox-inactiva sólo suprimían el desplazamiento, pero al hacerlo, sacrificaban la energía para un peso determinado de la célula porque la capa añadía peso extra”, dijo Guiliang Xu, químico y coautor del estudio. “En cambio, nuestra capa redox-activa aumenta la capacidad de almacenamiento de energía y suprime el efecto de transbordo”.
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Para comprender mejor la capa redox-activa, el equipo llevó a cabo experimentos en la línea de luz 17-BM de la Fuente Avanzada de Fotones de Argonne (Advanced Photon Source – APS). Los datos obtenidos al exponer células con esta capa a haces de rayos X les permitieron determinar las ventajas de la capa intermedia.
Los datos confirmaron que una capa intermedia redox-activa puede reducir el desplazamiento, reducir las reacciones perjudiciales dentro de la batería y aumentar la capacidad de la batería para mantener más carga y durar más ciclos.
“Estos resultados demuestran que una capa intermedia redox-activa podría tener un gran impacto en el desarrollo de las baterías Li-S”, afirma Wenqian Xu, científico de la línea de luz de APS. “Estamos un paso más cerca de ver esta tecnología en nuestra vida cotidiana”.
De cara al futuro, el equipo quiere evaluar el potencial de crecimiento de la tecnología de capa intermedia redox-activa. “Queremos intentar hacerla mucho más fina y ligera”, afirma Guiliang Xu.
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