Nueva batería de Litio-Azufre. Doble densidad energética, misma durabilidad que las ion litio

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Un equipo de investigadores de Corea del Sur e Italia ha publicado sus resultados en la fabricación de un novedoso diseño de batería de litio-azufre, que muestra un rendimiento comparable al de las baterías de ion litio, pero con más del doble de la densidad de energía.

Los resultados muestras una alta capacidad por encima de los 500 ciclos, una durabilidad superior a lo ofrecido normalmente para este tipo de baterías que junto con su alta densidad energética las postulan como candidatas para su uso en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.

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El equipo ha demostrado una alta fiabilidad para estas prometedoras baterías de litio-azufre con un rendimiento comparable al de las baterías de ion litio disponibles comercialmente, ofreciendo al mismo tiempo más del doble de densidad energética que estas. El equipo, dirigido por un grupo de la Universidad de Hanyang, utiliza un cátodo de azufre con una doble composición (azufre y polisulfuro) y un ánodo de nanoesferas de silicio-óxido de silicio (Si / SiOx) litiadas.

En el artículo “Highly Cyclable Lithium–Sulfur Batteries with a Dual-Type Sulfur Cathode and a Lithiated Si/SiOx Nanosphere Anode” de la revista ACS Nano Letters se explica cómo la celda de litio-azufre, que mostró un rendimiento excelente en términos de capacidad específica y una sobresaliente eficiencia de carga-descarga, tiene además una vida útil muy elevada en comparación a otras baterías de este tipo.

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Las baterías de litio-azufre son una de las tecnologías promesa para la próxima generación de acumuladores. Usando una materia prima de bajo coste y gran abundancia para el cátodo, el azufre tiene una capacidad teórica de 1675 mAh/g, pudiendo llegar a ofrecer una densidad energética de 2500 Wh/kg. Su mayor defecto, lo que limita su comercialización, es la baja estabilidad de los electrodos de azufre, que tienden a degradarse por la formación de polisulfuros de litio que se disuelven en el electrolito.

Para atajar estos problemas los investigadores diseñaron una celda de LiS utilizando un cátodo de azufre compuesto, un ánodo de silicio con nanoesferas de silica litiadas y un electrolito líquido optimizado para el conjunto. El cátodo consiste en un material compuesto de carbono activado y azufre montado sobre un electrodo de difusión de gas (como en una pila de combustible) en contacto con una solución a la que se ha añadido el polisulfito, Li2S8. Este sistema de cátodo proporciona una capacidad máxima de ~1300 mAh/g y probablemente sea el encargado de evitar la formación de polisulfuros en el electrolito.

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A una tasa de descargas C/3 el cátodo muestra una capacidad de ~ 1000 mAh/g y una eficiencia Coulómbiaca de más del 99,3%, mantenimiento la capacidad por encima de 99% de la capacidad inicial incluso después de 100 ciclos. El ánodo muestra un comportamiento muy estable para más de 100 ciclos con una capacidad tan alta como 800 mAh/g y una eficiencia cercana al 100%.

A partir de ahí la capacidad baja manteniendo un 85% de la capacidad inicial y una capacidad específica cercana a los 750 mAh/g pasados los 500 ciclos. Esta estabilidad es un comportamiento prometedor y refleja una gran durabilidad. Para la celda completa los autores declararon un voltaje promedio alrededor de 1,8 V, y a una densidad de energía de 497 Wh/kg.

Dejando claro que estos son resultados preliminares que aun pueden ser mejorados antes de su comercialización, los autores creen que “estos resultados podrían avanzar en el desarrollo práctico de baterías de litio-azufre, especialmente para su uso en los mercados emergentes, incluyendo dispositivos portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala para energías renovables.”

Fuente | ACS



Energias renovables

20 Comment responses

  1. Avatar
    April 14, 2015

    Sabemos la energía específica que es de 497 Wh/kg, pero… ¿y la densidad energética en Wh/L?
    El voltaje por su parte me parece muy escaso. Bueno y por no hablar de cuándo la veremos en lo coches.

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    April 14, 2015

    Ojalá prospere y salga al mercado, pero, sinceramente, espero que otras baterías, con materiales más comunes, salgan también al mercado. El tema de las “tierras raras” hay que empezar a mirarlo.

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    April 14, 2015

    Es sin duda un tema interesante, la cantidad de temas sobre mejoras en baterías, ojala pronto veamos eso activo, la vida de la batería de coche necesita mayor vida útil para hacerlo mas atractivo, si ademas aumenta su capacidad, mejor que mejor.

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    April 14, 2015

    ¿Qué coste tienen las nanoesferas y todo el rollo ese para hacer esos electrodos más estables?

    Y otra: para estas baterías, ¿también hay que mantener los márgenes de seguridad tanto en carga máxima como en descarga, de las baterías de litio actuales? Solo con superar este escollo, se ganaría una importante tasa de densidad energética…

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      April 15, 2015

      Las nanosferas de silicio son muy baratas, se usan en muchas cosas, desde medicinas a pinturas y pasta de dientes. La sintesis es muy sencilla (Stober) y controlable.
      El azufre y sus derivados también son baratos, son un subproducto del refinado del petroleo.

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        April 15, 2015

        OK.
        Gracias, Luis.
        Del tema de los márgenes de seguridad, supongo que sigue igual, ¿no?

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    April 15, 2015

    no os pasa a vosotros que ésto lo hemos leído antes??????

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      April 15, 2015

      El “problema” es que las baterías como todo producto pasan por varias etapas y de todas ellas se hacen eco en los medios especializados, visto así es normal que en varios años escuchemos más o menos las mismas noticias, sea por que han inventado algo nuevo en un laboratorio de una universidad, por que es viable y buscan financiación, por que lo llevan a producción, por que fracasa o por que alguna marca “grande” compra el invento y nuevamente si esta bien decide utilizarlo, o sepultarlo y guardar la patente… hay muchos sectores con la vista puesta sobre las baterías y cualquier pequeño rumor mueve cantidades de dinero que no imaginamos en forma de acciones e inversiones, nos queda película para rato pero no quiero decir que sea humo, se avanza en muchos frentes a la vez y es complicado dar con la clave aunque si está claro que se va consiguiendo.

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    April 15, 2015

    Humo. Mucho humo. Otra bateria que parece pero que no esta.

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    April 15, 2015

    Humo. Mucho humo. Otra bateria que parece pero que no esta.

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  8. Avatar
    April 15, 2015

    Aquí os pongo un enlace de una celda Li-S de 600wh/kg 650wh/l y 500 ciclos que planea la Nasa para 2017 para uso espacial, esta es todavía más interesante si cabe por lo que se puede ver tanta investigación con esta tecnología comienza a dar sus primeros frutos…https://tekspedite.com/index.php/tekspedite/space/power/nohms-li-metal-protection-for-high-energy-space-batteries.

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      April 15, 2015

      Gracias compi!

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      April 15, 2015

      Gracias compi!

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      April 15, 2015

      “The target battery product for NASA will deliver 600 Wh/kg, 650Wh/L with lifetime of >500 cycles”

      Es justo la mitad de la densidad energética de la gasolina: Con 85 kilos de peso y 80 litros de volumen, es decir, un depósito de combustible, 50kWh, 300 kms gracias al ahorro de peso.

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        April 15, 2015

        Hola reboot,
        Creo que se te coló un 0, la gasolina tiene una densidad energética de 12.200 Wh/kg, unas 20 veces más.

        Otro tema es que el motor térmico solo aproveche el 35% aproximadamente …

        Saludos.

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  9. Avatar
    April 15, 2015

    Yo soy optimista. No a corto plazo, pero ¿de verdad pensáis que dentro de 10 ó 20 años vamos a seguir con baterías de 200 kg para hacer 100 kms? Yo creo que no.

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