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

Las 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.

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.

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.

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%.

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