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Baterías de litio-azufre. Dos ánodos, cuatro veces más duraderas.

Baterías de litio-azufre. Dos ánodos, cuatro veces más duraderas.


LiS-Grafito-bateria-2Las baterías de litio-azufre, que multiplican por 4 la capacidad de las actuales ion litio, pueden haber dado con la fórmula adecuada para extender su vida útil muy por encima de lo necesitado para su uso comercial y su contribución a los coches eléctricos.

Se trata de una nueva configuración que permitiría multiplicar la autonomía de los vehículos eléctricos y reducir precios, los factores determinantes para el éxito de la movilidad eléctrica. El truco es un doble ánodo o ánodo híbrido que protege a la pila del deterioro asociado a esta prometedora pero complicada química.

LiS-Grafito-bateria

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.

Su mayor defecto es que el cátodo tienen una vida útil muy corta, por eso la mayor parte de la investigación se basa principalmente en la química del cátodo, buscando mejorar su estabilidad, algo que se ha logrado notablemente en los últimos años usando capas de otros materiales para proteger este electrodo de su degradación o mejorando la composición del electrolito, pero que no parece ser suficiente para su comercialización.

bateria-muerta

En este caso se trata de una configuración diferente, en la que la batería dispone de 3 electrodos en vez de dos. Un planteamiento del funcionamiento de las baterías que ya habíamos visto dar sus frutos para las zinc-aire. La configuración ayuda a mejorar el comportamiento de la pila pero le otorga un mayor volumen, a pesar de lo cual alcanza una densidad energética cuatro veces la de las actuales de ion litio.

La nueva configuración presentada por el Laboratorio Nacional Pacifico Noroeste de Washington permite evitar las reacciones no deseadas que degradan el cátodo de azufre. Durante estas reacciones se forman polisulfitos que se disuelven en el electrolito y generan una capa de azufre en la superficie del ánodo, impidiendo el paso de las cargas hasta este y por tanto el funcionamiento normal de la pila.

LiS-grafito

Para ello han creado un ánodo híbrido o doble ánodo en el que una lámina de grafito litiado protege al ánodo de litio metálico. Ambos ánodos están conectados entre sí y ambos contribuyen al rendimiento de la pila, pero las reacciones secundarias y la deposición de los sulfitos se dan en la capa de grafito, protegiendo así al ánodo de litio metálico y permitiendo una vida más larga de la batería, hasta 4 veces más.

La pila con el ánodo híbrido es capaz de llegar a los 400 ciclos con una pérdida de tan solo el 11% de su capacidad inicial, en comparación con una pila similar sin el segundo electrodo de grafito que deja de funcionar pasados 100 ciclos. La nueva configuración acepta cargas y descargas rápidas, llegando incluso a los 8C, con una buena recuperación tras varios ciclos a potencias inferiores y manteniendo un rendimiento cercano al 99,5%.

Northwest-Pacific-baterias

Los investigadores tendrán ahora que demostrar el funcionamiento de esta configuración usando pilas de tamaños mayores antes de que lleguen a los bajos de nuestros vehículos, pero los resultados actuales son sin duda prometedores.

Fuente | Nature

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8 comentarios en “Baterías de litio-azufre. Dos ánodos, cuatro veces más duraderas.”

  1. Por eso me gusta este foro… explican de forma muy simple los estudios sobre baterias, 🙂 lo que entiendo de esto es que el anodo de grafito es como una BARRERA para evitar que la interaccion «azufre-litio» degrade la bateria. Ahora la pregunta es ¿En que porcentaje mejora esta quimica la DENSIDAD de energia que almacena la electricidad comparada con una bateria normal de Ion Litio? se dice que una bateria de Azufre-litio puede almacenar 4 veces mas energia que una bateria ion-litio; lo cual haria presumir que bajarian el precio en un factor de 4.. Pero… agregar otro anodo y otro paso en el proceso de manufacturacion haria perder parte de ese $x factor de mejoramiento.. Si con esta nueva configuracion en vez de bajar el precio 4x se consigue una sola una baja de 2x VEO extremadamente prometedora esta configuracion…

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  2. Luis Gonzáles cuando hablas de 4 veces la capacidad de las actuales baterías de litio te refieres a que estas celdas dan en torno a los 800wh/kg?. Si es así es un bombazo seria ver Leaf con autonomías reales de 500kms. Por lo que puedo leer hablan de 400 ciclos en el anodo hibrido ¿Y la vida del catodo asociado?. Al menos hasta el día de hoy este es uno de los avances más importantes en baterías de Li-S por que permite cargas y descargas más elevadas en la celda pero desgraciadamente estamos otra vez ante el dilema pasar de 100 ciclos a 400 esta muy bien pero no son suficientes para su comercialización, en electrónica de consumo tiene que llegar como mínimo a 500 ciclos y en automoción como poco de 1.000 ciclos para arriba. Igualmente no me cabe la más mínima duda que las celdas de Li-s van a llegar para quedarse y las tendremos aquí masivamente dentro de 3-4 años aunque recuerdo que Oxis Energy comercializara la suya de 200wh/kg este mismo 2014 según dicen ellos claro.

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    • concuerdo con tu opinion, si la bateria fuera barata, el tema de los ciclos no tendra importancia, y me pregunto si añadieramos el grafeno con el grafito que resultados tendriamos

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    • Estamos en lo de siempre, investiga, investiga, que antes o después llegan los avances. Qué lástima vivir en un pais en el que investigar no mola, no se incentiva y no se financia. Así nos luce el pelo…

      Al ajo, que me enciendo cuando me sacais el tema político… =8¬)
      Haciendo unos cálculos rápidos, con la batería del Leaf y el uso que le doy, me pongo en 125.000 Km por autovía a velocidades legales hasta alcanzar esa disminución del 11%. Teniendo en cuenta que la mayor capacidad implicaría recargas menos frecuentes y todavía se podrían seguir haciendo recorridos reales de 350Km…
      Por mí, que las comercialicen como las tengan…
      ¿No necesitarán voluntarios para hacer pruebas?

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      • El problema que le veo a ese planteamiento es que no es posible aprovechar las cargas al máximo, ya que la mayoría de las veces ocurrirá que el coche tenga carga para hacer, por ejemplo, 30 km y nosotros necesitemos hacer un desplazamiento de, por ejemplo 60km, así que hay que poner en carga la batería sin que se haya completado un ciclo de descarga.
        La única duda que tengo sobre esto es si un ciclo de carga-decarga consiste en el enchufar el coche para que recupere la carga completa independientemente del estado de descarga en la que estuviera, o si por el contrario, un ciclo de descarga se considera agotar la capacidad teórica de la batería, aunque la capacidad máxima de de carga se haya alcanzado con varias recargas parciales.

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  3. Ramón lo que dices que si no se llega a 1000 ciclos nada. No es así desde mi punto de vista. En un choche que tenga 600Km de autonomia a 400ciclos esto son que a 220.000Km tienes mas del 89% de la capacidad. Hombre mi coche tiene 11años i justo he llegado a 200.000Km. No se, para mis necesidades me lo cubriria todo en todos los momentos.
    Pero esto 220.000 para mas del 89%, pero quizas a los 350.000 tengas mas del 70% que es aun mas de 400Km. Vaya estariamos hablando de mui poca gente que no cubriera sus necesidades.

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  4. Yo tengo una duda. ¿Cómo afecta a las baterías el paso del tiempo? Quiero decir, sin sobrepasar el número de descargas, o sea el número de ciclos ni la corriente de carga y descarga. ¿Cómo se comportaría esta hipotética batería pasados 15 ó 20 años?

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    • creo que no venden ni una sola batería en el mercado que viva tantísimos años, y no porque no se pueda, porque el rival al EV1 con las baterías aquellas NIMH que se vendió hace eso sigue funcionando por ahí

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