Científicos de Cambridge desarrollan baterías de litio-azufre de alto rendimiento basadas en nanoláminas de molibdeno

Las baterías de litio-azufre no son una novedad, pero la nueva tecnología desarrollada en la Universidad de Cambridge permite elevar esta química a niveles hasta ahora no alcanzados.

Las baterías son, para muchos, la clave del éxito de la descarbonización futura del planeta. No sólo por cuestiones obvias como el transporte, sino también para maximizar el potencial que las energías renovables nos ofrecen.

Actualmente, las baterías de iones de litio monopolizan el mercado en los sectores de alto rendimiento, pero la ciencia y la industria trabajan intensamente para encontrar alternativas más sostenibles, competitivas y económicas.

Las baterías de litio-azufre (Li-S) se encuentran entre las más prometedoras, aunque plantean algunas limitaciones que de momento han ralentizado su desarrollo y llegada al mercado.

Las baterías de litio-azufre

A pesar de las dificultades, la ciencia sigue trabajando en este tipo de batería, que utiliza cátodos de azufre y ánodos de metal de litio.

El principal argumento a favor de las baterías Li-S es su alta densidad energética, pero esta se ve mermada por las limitaciones asociadas a la necesidad de cargarse en un «host» conductor, generalmente basado en materiales humedecidos ligeramente con electrolitos.

A consecuencia de esto, la difusión de iones de litio se ve perjudicada, reduciéndose la capacidad y rendimiento generales de la batería.

La solución de Cambridge

Para dar solución a este problema característico de las baterías de litio-azufre, investigadores de la Universidad de Cambridge y la Institución Faraday han presentado un nuevo método que ha sido publicado en la revista científica Nature Energy.

Este se basa en la utilización de nanoláminas de disulfuro de molibdeno de fase 1T metálico litiado (Li_x MoS₂). Una alternativa que, según el estudio, permitirá producir baterías de litio-azufre de alto rendimiento con mayor capacidad de almacenamiento de energía.

«Nuestro artículo trata sobre un nuevo material para baterías de Li-S que puede conducir a densidades de energía superiores», ha declarado a Tech Xplore Zhuangnan Li, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio.

«Se basa en la fase metálica de un material bidimensional, en el que nuestro grupo de investigación trabaja desde hace más de 10 años», ha ampliado.

Según explica el propio Li, «el punto clave fue usar una cantidad mínima de electrolito mientras se mantenía el funcionamiento normal de la batería. Esto requiere que el material huésped de azufre posea propiedades tales como alta conductividad eléctrica, densidad, humectabilidad, polaridad para la adsorción y actividad catalítica».

Densidad de energía superior

Los científicos descubrieron que las nanoláminas de litio mejoraron significativamente la absorción de polisulfuros de litio, aumentando al mismo tiempo la capacidad de transporte de iones de litio, acelerando las reacciones electroquímicas y mejorando la actividad electrocatalítica.

Esto respalda la posibilidad de utilizar polisulfuros en baterías Li-S. Estas mejoras combinadas dieron como resultado densidades de energía impresionantes de 441 Wh/kg⁻¹ y 735 Wh/l⁻¹, permitiendo que las baterías mantuvieran un 85,2 % de su capacidad después de 200 ciclos de uso.

«Las baterías Li-S de alta energía y larga duración demostradas en este trabajo tienen un gran potencial para la creación de la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de energía», agregó Li. «Ahora planeamos proporcionar más conocimiento fundamental y su traducción a una tecnología de baterías comercialmente factible».

Tras los primeros resultados prometedores recogidos en las pruebas, el equipo de investigadores de Cambridge continúan con las evaluaciones y exploran la posibilidad de comercializar esta nueva tecnología.