Larga vida para las litio-azufre

Un grupo de investigación del Instituto Fraunhofer en Dresden, Alemania, ha desarrollado un nuevo diseño de baterías de litio-azufre que puede aumentar la vida útil de éstas hasta 7 veces en comparación con los últimos resultados publicados para esta tecnología.

La baja durabilidad de las baterías de litio-azufre ha sido siempre la mayor pega de esta tecnología, que en teoría pueden multiplicar por 5 la capacidad específica de las de ion-litio y en la práctica ya han mostrado resultados en los que superan el doble de capacidad de las ion-litio.

Según Holger Althues, director del grupo, “en previos experimentos las baterías apenas llegaban a los 200 ciclos, pero gracias a una combinación especial de los materiales en el cátodo y en el ánodo hemos conseguido alargar la vida útil de las baterías de litio-azufre hasta los 1 400 ciclos”.

En cuanto al ánodo, el prototipo desarrollado no utiliza litio metálico, como se suele hacer normalmente, sino un compuesto de silicio-carbono, que es más estable y sufre menos cambios de estructura que el litio. Estos cambios de estructura solían producir reacciones con el electrolito, los iones de litio, que secaban la batería y en algunos casos hacían crecer el ánodo hasta llegar a hacer contacto con el cátodo, lo que inevitablemente produce un corto y el consecuente fallo de la batería.

Proceso del material poroso para obtener laminas de electrodo de hasta 10 cm de ancho

Por su parte el cátodo es de azufre y una estructura porosa de carbono. Esta estructura permite alojar los átomos de azufre y reducir la reacción entre éste y el electrolito, que es lo que suele degradar las baterías de litio-azufre.

Aunque en la nota de prensa del instituto de Fraunhofer no se aclara qué tipo de estructura es, el grupo de Althues tiene un proyecto llamado MaLiSu (Nanomaterials for future generation Lithium Sulphur batteries) en colaboración con Varta, en el cual utilizan carbono poroso que con la ayuda de un aglutinante es capaz de formar cátodos sin necesidad de disolventes, con el que fueron capaces de alcanzar los 400 Wh/kg pero que solo eran estables hasta los 100 ciclos.

Fabricación de los electrodos con nanotubos alineados verticalmente

Por esta razón también puede ser que la estructura del cátodo sea otra y que esté basada en nanotubos de carbono, ya que el grupo de Holger Althues ha publicado recientemente resultados con este tipo de estructuras. A diferencia de las baterías actuales que usan carbono en forma de nanotubos dispersos en un aglutinante y a modo de aditivo para mejorar el contacto, este grupo sintetiza los nanotubos directamente en el contacto de la batería y alineados de forma vertical, para luego infiltrar el azufre entre los nanotubos. La disposición de los nanotubos y su unión directa al contacto mejoraría muchísimo la conductividad y descarta además el uso del aglutinante.

Las baterías de litio-azufre ya han demostrado su gran potencial en otras ocasiones y puede que sea la siguiente generación de baterías, de la cual se espera que proporcione al menos el doble y posiblemente el triple de capacidad para el mismo peso que las actuales de ion-litio. De hecho, al igual que en los trabajos de Oxis Energy, el grupo de Dresden confía en alcanzar una capacidad especifica de 600 Wh/kg gracias a su método de fabricación del que esperamos tener más detalles pronto.

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Fuente | Fraunhofer