Baterías litio-azufre. Nuevos y prometedores resultados con grafeno

Vuelven a ser noticia las baterías de litio-azufre con prometedores resultados. Según los datos publicados en la revista Nano Letters la Universidad de Berkeley ha conseguido mejorar el rendimiento y sobre todo la durabilidad de esta tecnología hasta hacerlas casi viables para usos comerciales.

En los últimos resultados se puede ver que las nuevas baterías mantienen una capacidad muy superior a las actuales baterías de ion litio pasados los 1000 ciclos y pueden extender su vida hasta mas allá de los 1.500 ciclos, un nuevo récord para las baterías de litio-azufre.

Las baterías de litio-azufre han sido siempre vistas como una alternativa prometedora a las actuales baterías de ion litio por la elevada capacidad especifica teórica del cátodo de azufre, 8 veces mayor que la de los materiales utilizados en las pilas convencionales. Sin embargo, la corta vida de estas baterías y su pobre capacidad de carga y descarga las hacían inviables para su comercialización.

En el articulo publicado la semana pasada en la revista Nano Letters los investigadores de Berkeley demuestran como ese número de ciclos puede mejorarse usando un compuesto de óxido de grafeno y azufre para el cátodo. Así han obtenido una batería de litio-azufre que acepta descargas de hasta 6C y cargas rápidas de tan solo 20 minutos. Pero lo que es más importante, estas baterías han establecido un nuevo récord de durabilidad para las litio-azufre, superando los 1.500 ciclos en funcionamiento.

Según los autores de este trabajo la fatiga de las baterías con cargas a 1C es de tan solo un 0.039% por ciclo, bajando de los 800 mAh/g (de azufre) de capacidad especifica del cátodo hasta los 400 mAh/g. Una cifra que mejora notablemente para cargas a 0.05C, manteniendo 750 mAh/g tras 1.000 ciclos. Cierto es que la perdida, a 1C,  es del 50%, pero aun así la densidad energética de la batería tras 1.500 ciclos es superior a la de una batería de ion litio nueva.

La densidad energética de la pila nueva se calcula sobre los 500 Wh/kg, más del doble que las baterías comerciales de ion litio (200 Wh/kg). Estas baterías de litio-azufre con ánodo de litio metálico dan un eficiencia coulombiana del 96.3% después de los 1.500 ciclos, algo que han conseguido protegiendo los electrodos con una composición química del electrolito a medida, siendo este un líquido iónico.

Con acumuladores de este tipo ya es posible imaginar coches con autonomías por encimas de los 300 km. Unas baterías que deberían mantener el 80% de su carga tras al menos 1.000 ciclos para poder salir al mercado. Los creadores de esta nueva batería de litio-azufre confían que el rendimiento de su pila este muy cerca de esta cifra, y que mantenga al menos unos 300 Wh/kg de los 500 iniciales después de esos 1.000 ciclos.

Los siguientes pasos son probar estos acumuladores en condiciones ambientales menos favorables, aumentar el contenido de azufre en el cátodo y afrontar la producción de baterías de mayor tamaño.

Fuente | Nano Letters