Nuevos avances que pretenden evitar la degradación de las baterías con la tecnología del litio-azufre

Todos sabemos que la mayor dificultad para la implantación definitiva de la movilidad eléctrica, reside en los sistemas de almacenamiento de energía. Por tanto, es en este campo donde se están dando los mayores avances científicos.

Por un lado, un equipo de investigadores liderado por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab), ha diseñado un aglutinante de polielectrolito (PEB) que regula activamente los procesos clave de transporte de iones dentro de una batería de litio-azufre. Dicho aglutinante permite duplicar la capacidad en comparación con una batería de litio-azufre de tecnología convencional, incluso después de más de 100 ciclos de carga a altas intensidades de corriente.

El equipo informa sobre su trabajo en un documento de acceso abierto en la revista Nature Communications. Cuando una batería de litio-azufre almacena y libera energía, la reacción química produce moléculas móviles de azufre que se desconectan del electrodo, causando su degradación y disminuyendo la capacidad de la batería con el tiempo. Para hacer que dichas baterías sean más estables, los investigadores trabajan para desarrollar revestimientos protectores para los electrodos y para crear nuevos aglutinantes poliméricos que actúen a modo de “adhesivo” para mantener unidos a los componentes mencionados de la batería. Estos aglutinantes están destinados a controlar o mitigar la degradación del electrodo.

El nuevo aglutinante diseñado, se basa en un polímero que mantiene el azufre cerca del electrodo, uniendo de forma selectiva las moléculas de azufre, contrarrestando de este modo sus tendencias migratorias.

Por otro lado, un equipo de investigadores de la Northwestern University y de la Universidad de Tianjin han hallado un método efectivo para evitar el crecimiento de dendritas en los ánodos Li – metal para las baterías de ion de litio. Dicho método se basa en el uso de una matriz basada en partículas de grafeno con apariencia de bolas de papel arrugado. Un documento de acceso libre explica dicho hallazgo en la revista Joule.

Cuando la batería se está cargando, el litio puede depositarse por la superficie de la matriz mencionada, evitando el crecimiento de dendritas. Pero esto provoca un nuevo problema, ya que a medida que el litio se deposita en el soporte poroso y se disuelve cuando la batería se activa, su volumen fluctúa significativamente. Esta fluctuación de volumen induce estrés que podría romper el soporte poroso.

Los investigadores abordaron este problema utilizando una matriz hecha de bolas de grafeno arrugadas, que pueden apilarse con facilidad para formar una matriz porosa debido a la mencionada forma de bola de papel arrugada. No solo se previene el crecimiento de la dendrita, sino que también pueden sobrevivir al estrés del volumen fluctuante de litio.

En una batería, la matriz de bolas de grafeno arrugadas ajusta la fluctuación del litio a medida que circula entre el ánodo y el cátodo. Las bolas arrugadas pueden separarse cuando el litio se deposita y luego volver a rearmarse fácilmente cuando se agota el litio. Debido a que las bolas de papel en miniatura son conductoras y permiten que los iones de litio fluyan rápidamente a lo largo de su superficie, la matriz crea una red continuamente conductiva, dinámica y porosa para el litio.

Comparado con las baterías que usan grafito como material alojado en el ánodo, ésta solución es mucho más ligera y puede estabilizar una carga mayor de litio durante el ciclo.

Los avances científicos mencionados en este artículo son una muestra del valioso trabajo que están realizando los investigadores actualmente con el objetivo de dotar a las baterías de los vehículos eléctricos de mayores autonomías y limitar la degradación que sufren las éstas en los ciclos de carga y descarga a lo largo de su vida útil, aumentando su duración y fiabilidad.