Las baterías de litio-azufre dan un gran paso para ser comercialmente viables

Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin ha encontrado una manera de estabilizar una de las partes más difíciles de las baterías de litio-azufre, acercando la tecnología a ser comercialmente viable. Los hallazgos del equipo, publicados en la revista Joule , muestran que la creación de una capa artificial que contiene teluro, dentro de la batería y encima del metal de litio, puede hacer que dure hasta cuatro veces más.

«El azufre es abundante y ambientalmente benigno, sin problemas en la cadena de suministro en los Estados Unidos», dijo Arumugam Manthiram, profesor de ingeniería mecánica y director del Instituto de Materiales de Texas. “Pero hay desafíos de ingeniería. Hemos reducido un problema para extender el ciclo de vida de estas baterías».

El litio es un elemento reactivo que tiende a descomponer otros elementos a su alrededor. Cada ciclo de una batería de litio-azufre, el proceso de cargarla y descargarla, puede hacer que se formen depósitos musgosos en forma de aguja en el ánodo de litio-metal, el electrodo negativo de la batería. Esto inicia una reacción que puede conducir a la degradación general de la batería.

Los depósitos descomponen el electrolito que transporta iones de litio de un lado a otro. Esto puede atrapar parte del litio, evitando que el electrodo entregue toda la potencia necesaria para el uso ultralargo que promete la tecnología. La reacción también puede causar un cortocircuito en la batería y podría incendiarse.

La capa artificial formada en el electrodo de litio protege el electrolito de la degradación y reduce las estructuras cubiertas de musgo que atrapan la formación de litio durante las cargas.

«La capa formada en la superficie de litio le permite operar sin descomponer el electrolito, y eso hace que la batería dure mucho más», dijo Amruth Bhargav.

Una guantera utilizada para probar las baterías. Crédito: Universidad de Texas en Austin.

Manthiram agregó que este método se puede aplicar a otras baterías a base de litio y sodio. Los investigadores han presentado una solicitud de patente provisional para la tecnología.

«La capa estabilizadora se forma mediante un proceso in situ simple y no requiere procedimientos de tratamiento previo o recubrimiento costosos o complicados en el ánodo de metal de litio», dijo Nanda.

Resolver la inestabilidad de esta parte de la batería es clave para extender su ciclo de vida y lograr una adopción más amplia. Manthiram dijo que las baterías de litio-azufre son actualmente más adecuadas para dispositivos como los drones que necesitan baterías livianas y pueden funcionar durante mucho tiempo con una sola carga y no requieren una gran cantidad de ciclos de carga. Pero tienen el potencial de desempeñar un papel importante en la ampliación de la gama de vehículos eléctricos y una mayor integración de energía renovable.

Los electrodos positivo y negativo en las baterías de litio-azufre tienen una capacidad de carga 10 veces mayor que los materiales utilizados en las baterías de iones de litio actuales, dijo Manthiram, lo que significa que pueden ofrecer mucho más uso con una sola carga. El azufre está ampliamente disponible como subproducto de la industria del petróleo y el gas, lo que hace que las baterías sean baratas de producir. El azufre también es más ecológico que los materiales de óxido de metal utilizados en las baterías actuales de iones de litio.