Entre las muchas químicas que están ofreciendo resultados interesantes para la próxima generación de baterías tanto para la electrónica de consumo como para los vehículos eléctricos, las de litio-azufre cuentan con un potencial significativo. Esto es debido a que cuentan con una alta capacidad para almacenar energía, cinco veces más que las baterías de litio actuales, aunque su hándicap está en su inestabilidad. Un equipo de científicos australianos ha añadido azúcar en la estructura de estas baterías para eliminar estos problemas y alcanzar una vida útil de más de 1.000 ciclos de carga y descarga.

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.

Para aprovechar la capacidad de estas baterías, varios equipos de investigación están trabajando para eliminar sus problemas de estabilidad. A medida que el electrodo positivo de azufre se expande y contrae durante la carga, está sujeto a una tensión significativa y se deteriora rápidamente. Mientras tanto, el electrodo negativo se contamina con compuestos de azufre. Esto se traduce directamente en una mayor degradación de la batería y por lo tanto en una vida útil muy limitada.

El año pasado, un equipo de investigadores de baterías de la Universidad de Monash en Melbourne encontró una solución que resolvía la mitad de este problema. Los científicos desarrollaron un agente aglutinante especial que crea espacio adicional alrededor de las partículas de azufre, lo que significa que tienen más espacio para expandirse de manera segura durante la carga. El resultado de esto fue una batería de litio-azufre de alta capacidad capaz de sobrevivir a más de 200 ciclos.

Investigación previa del equipo de la Universidad de Monash en Melbourne.

Ahora, un equipo de científicos australianos ha apuntado al otro lado de la ecuación, trabajando sobre el electrodo de litio negativo en el que se acumula sulfuro de litio sólido y polisulfuro de litio líquido. El punto de partida es un estudio de 1988 que muestra cómo algunas sustancias a base de azúcar pueden evitar la degradación en sedimentos geológicos al facilitar enlaces fuertes entre sulfuros.

El objetivo fue aplicar estos resultados a una batería de litio-azufre experimental con el objetivo de evitar la liberación de las cadenas de polisulfuros del electrodo positivo, que tienden a viajar y formar un crecimiento parecido al musgo en el electrodo negativo. El equipo introdujo un aditivo a base de azúcar en la arquitectura en forma de red del electrodo que actúa como un aglutinante y forma microestructuras en forma de red que ayudan a regular el comportamiento de los polisulfuros. El resultado es que una celda experimental con este aditivo de azúcar mostró una capacidad de alrededor de 700 mAh por gramo, que se mantuvo durante 1.000 ciclos.

“Cada carga dura más, lo que prolonga la vida útil de la batería”, explica Yingyi Huang primer autor de la investigación y estudiante de doctorado. Además, la fabricación de estas celdas “no requiere materiales exóticos, tóxicos y costosos”, añade. Aunque todavía quedan muchos problemas por resolver antes de que esta solución pueda aplicarse a las baterías de los vehículos eléctricos, la esperanza es que permitan una autonomía mucho mayor y una vida útil más larga. La investí

Mahdokht Shaibani, director del estudio publicado en la revista Nature Communications, asegura que este trabajo es un paso clave hacia su uso en el mundo real. “Si bien nuestro equipo ha resuelto muchos de los desafíos en el lado del cátodo de la batería, todavía se necesita más innovación en la protección del ánodo de metal de litio para permitir la adopción a gran escala de esta tecnología”.

Escrito por Gonzalo García