Últimos retoques a las baterías de litio-azufre

Las baterías de litio-azufre son una gran promesa para la movilidad eléctrica por su alta energía especifica, ya que permitirán reducir el peso del acumulador y aumentar notablemente la autonomía de los vehículos eléctricos. Su mayor defecto es que el cátodo tienen una vida útil muy corta, por eso la mayor parte de la investigación se basa en la química del cátodo, buscando mejorar su estabilidad, algo que se ha logrado notablemente en los últimos años. Pero también es posible influir en esa estabilidad estudiando otros elementos de la pila.

El grupo del profesor Yi Cui, de la universidad de Stanford, ha hecho públicos los resultados obtenidos al trabajar en el aglutinante para mejorar la ciclabilidad de las baterías de litio-azufre. Usando polivinilpirrolidona (PVP) han logrado mejorar la estabilidad de sus baterías manteniendo una alta capacidad de descarga, un paso más hacia la comercialización de esta prometedora tecnología, de la que se espera que consiga triplicar la autonomía de los eléctricos y reducir  a la mitad el precio de los acumuladores.

En la búsqueda de nuevas baterías la investigación se centra normalmente en los elementos electro-químicamente activos de las baterías, como son el ánodo, el cátodo y el electrodo, para mejorar el rendimiento de éstas. Sin embargo es el equilibrio entre todos los elementos que forman parte del conjunto lo que decide el rendimiento final de la pila.

La elección apropiada de aglutinante, un polímero que mantiene unidos los componentes del electrodo para asegurar buen un contacto, tiene un papel importante en el diseño ya que debe ser un material compatible con las diferentes composiciones del electrodo durante los procesos de carga y descarga.

El gran problema en las baterías de litio-azufre es la disociación del cátodo durante los ciclos de carga y descarga debido a la formación de polisulfitos.  El aglutinante utilizado normalmente no es compatible con los polisulfitos, por lo que estos prefieren migrar al electrolito, dando lugar a un deterioro del cátodo y la consecuente fatiga de la batería.

En los resultados presentados por el grupo del profesor Cui se demuestra como el uso de PVP mejora la estabilidad del cátodo, dando como resultado baterías que superan los 100 ciclos manteniendo una eficiencia Culómbica del 97%  y el 93% de la capacidad inicial. Un buen resultado en comparación con las fabricadas con el aglutinante habitual (PVDF) que sólo retenían un 72%.

Más importante aun, las baterías fabricadas usando PVP alcanzaron los 500 ciclos con un 69% de la capacidad inicial, en ciclos de carga-descarga a 0.2 C, lo que equivale a cargas en 5 horas. La capacidad inicial de estas baterías se sitúa en los 760 mAh/g, 4 veces más que la capacidad de un cátodo de LiFePO4. Las pilas demostraron además gran robustez a ciclos de carga rápidos (2 C – 30 minutos), con capacidades de hasta 580 mAh/g y buena recuperación al volver a ciclos de carga lentos.

Desde el grupo de Cui se espera que los presentes resultados se puedan combinar con los demás avances en baterías de litio-azufre para conseguir hacer de ésta una tecnología comercializable, que llevará a los coches eléctricos a recorrer distancias superiores a los 400 kilómetros con una sola carga. Merece la pena recordar que este grupo de Stanford ha creado recientemente una empresa de baterías, Amprius, basándose en los resultados publicados tan solo un año antes, por lo que tienen capacidad suficiente para llevarlas al mercado.

Fuente | Chemical Science