Con este avance las baterías de azufre podrán superar en vida útil a las de litio
Un equipo de investigadores alemanes ha desarrollado un material capaz de alargar la vida de las baterías de litio-azufre. El avance se basa en un polímero poroso que atrapa y reutiliza los polisulfuros responsables de su degradación. Una química que ofrece un precio más bajo y buena densidad energética con mucho potencial.
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Berlín ha desarrollado un material que podría marcar un antes y un después en las baterías de litio-azufre. Estas baterías llevan años en el radar como alternativa a las actuales de litio, gracias a su bajo coste, mayor seguridad y a que utilizan un elemento tan abundante como el azufre. Sin embargo, hasta ahora habían estado lastradas por un problema que limitaba su vida útil: la degradación acelerada causada por los polisulfuros.
La clave de este avance está en un nuevo material denominado radical-cationic covalent organic framework (COF). Se trata de un polímero cristalino con alta porosidad, estructura ajustable, baja densidad y una gran estabilidad química. Sus poros permiten atrapar y reutilizar los polisulfuros que aparecen durante las cargas y descargas, evitando que estos degraden la batería prematuramente.
Más de 1.500 ciclos y mínima pérdida de capacidad
El equipo alemán ha diseñado este COF incorporando radicales basados en unidades de tetratiafulvaleno (TTF), que actúan como diminutos catalizadores dentro de la estructura porosa. Gracias a ello, los polisulfuros que normalmente escapaban y reducían la vida de la celda, en este caso quedan fijados en el material y son reconvertidos en azufre utilizable.
Los investigadores han bautizado al material como R-TTF•+-COF, en el que las unidades de tetratiafulvaleno y los radicales de trisulfuro se enlazan a través de benzotiazol. Esta combinación permite mejorar la actividad catalítica y la conductividad eléctrica del COF.
Para confirmar su funcionamiento se han llevado a cabo pruebas mediante resonancia magnética nuclear en estado sólido, espectroscopia de resonancia de espín electrónico y cálculos teóricos. El resultado es una batería de litio-azufre capaz de superar 1.500 ciclos de carga y descarga con una pérdida de capacidad mínima, de apenas 0,027% por ciclo. Esto supone un salto notable frente al límite habitual de entre 500 y 1.000 ciclos que se alcanzaba hasta ahora con este tipo de celdas.
El avance no solo supone un paso adelante en la vida útil, también abre la puerta a una mayor densidad energética y a un menor coste frente a las actuales baterías de litio.
El azufre es barato y abundante, por lo que su uso masivo reduciría la dependencia de metales críticos y caros como el cobalto o el níquel. Además, al mejorar la estabilidad y la seguridad de la celda, se acerca la posibilidad de que estas baterías se conviertan en una alternativa real en aplicaciones como los coches eléctricos, el almacenamiento estacionario o incluso en aviación.
Todavía quedan fases de desarrollo por delante antes de ver este tipo de celdas en productos comerciales. Sin embargo, este trabajo muestra que el camino hacia una nueva generación de baterías de azufre más duraderas, seguras y baratas es cada vez más claro.
Fuente | helmholtz-berlin
