Una investigación realizada por un equipo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) en Corea del Sur ha puesto de manifiesto la capacidad del oxalato de cobalto, empleado como catalizador, para mejorar las baterías de litio-azufre. Su empleo permitiría resolver los problemas intrínsecos de esta tecnología relacionados con la degradación del cátodo y la corrosión del ánodo. Con la propuesta de este trabajo, esta tecnología cobra un mayor potencial comercial, ya que se aprovecharía la mayor capacidad teórica de almacenamiento que ofrecen las baterías de litio-azufre y su menor coste de producción.

La tecnología de las baterías de Li-S es una de las más prometedoras en la actualidad por sus ventajas técnicas, económicas y medioambientales. Pero el uso del litio sólido combinado con un electrolito orgánico líquido implica varios problemas intrínsecos. La tecnología actual de las baterías de litio tiene bastantes limitaciones en cuanto a su uso en grandes sistemas de almacenamiento energético. En el caso de los vehículos eléctricos, la mayor capacidad de las baterías de Li-S y su menor coste podría ayudar a reducir la brecha de precio y de autonomía respecto a los modelos de combustión.

Sin embargo, a diferencia de las baterías de iones de litio, la reacción química que se produce en el interior de las baterías de azufre conduce a la acumulación de sulfuro de litio sólido y polisulfuro de litio líquido lo que provoca una pérdida de material activo en el cátodo de azufre (electrodo positivo) y la corrosión del ánodo de litio (electrodo cargado negativo). Esto se traduce directamente en una mayor degradación de la batería y por lo tanto en una vida útil muy limitada.

Hasta ahora, las baterías de litio-azufre estaban penalizadas por una mayor degradación y por lo tanto en una vida útil muy limitada.

Para mejorar la duración de la batería, los científicos han estado buscando catalizadores que puedan hacer que esta degradación sea reversible de durante el uso de la batería. Este ha sido el objetivo del estudio publicado recientemente en Chemistry Europe, donde los científicos del GIST explican un gran avance para alargar la vida útil de las baterías de Li-S.

El protagonista de la investigación es el oxalato de cobalto, un catalizador que se utiliza frecuentemente en la metalurgia de polvos o pulvimetalurgia con la que se fabrican piezas metálicas partiendo de polvos finos. El oxalato de cobalto se elabora en el proceso de reciclaje de las baterías de iones de litio, donde el cobalto se obtiene a partir del material del cátodo mediante la mediante lixiviación con ácido sulfúrico y luego se precipita con oxalato de amonio.

“Los iones cargados negativamente pueden absorberse fácilmente en la superficie del oxalato de cobalto durante la electrólisis, lo que nos motivó a plantear la hipótesis de que este compuesto también se comportaría de la misma forma el azufre en las baterías de litio-azufre”, explica el profesor Jaeyoung Lee, director del estudio.

El oxalato de cobalto empleado en el cátodo de una batería de litio-azufre podría revolucionar esta tecnología, superando a las baterías de iones de litio convencionales.

Para probar su hipótesis, los investigadores construyeron una batería Li-S agregando una capa de oxalato de cobalto en el cátodo de azufre. Las observaciones y los análisis revelaron que la capacidad del oxalato de cobalto para absorber azufre permitió la reducción y disociación del sulfuro de litio sólido y el polisulfuro de litio líquido. Además, suprimió la difusión de polisulfuro de litio líquido en el electrolito absorbiéndolo en su superficie y evitando que alcanzara el ánodo de litio, provocando una reacción de autodescarga.

Todas estas reacciones juntas redujeron la degradación del ánodo, mejorando así la vida útil, el rendimiento y la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías de litio-azufre. Se trata de un hallazgo fundamental ya que puede proporcionar un uso real y comercial a las baterías de litio, superando a las de iones de litio convencionales. Además de facilitar el acceso a los coches eléctricos para particulares, por la reducción de precio y el aumento de la autonomía, estas baterías permitirían que fuese técnicamente posible implementar la electrificación de vehículos mucho más pesados y con mayores requerimientos energéticos como aviones, autobuses, camiones y locomotoras.