Un avance en la investigación podría ser la clave de unas baterías renovables de bajo coste y larga duración para vehículos eléctricos
Una solución rentable que proporciona más energía
Las baterías de litio-azufre nunca han estado a la altura de su potencial como la próxima generación de baterías renovables para vehículos eléctricos y otros dispositivos. Pero el ingeniero mecánico de la SMUDonghai Wang y su equipo de investigación han encontrado la forma de hacer que estas baterías de Li-S duren más -con mayores niveles de energía- que las baterías renovables existentes.
La lógica de diseño de la red de polímeros híbridos, que permite la fabricación de baterías Li-S solubles sin polisulfuro.
SMU
El equipo de investigación ha logrado evitar que las baterías Li-S produzcan un efecto secundario no deseado conocido como disolución de polisulfuro que aparece con el tiempo, acortando su vida útil.
"Este avance podría dar lugar a baterías más duraderas", afirma Wang, catedrático de Ingeniería Mecánica de la Fundación Brown y profesor de Ingeniería Mecánica en SMU Lyle. Su investigación se centra en el diseño y la síntesis de materiales funcionales nanoestructurados y tecnologías de almacenamiento de energía como las baterías de iones de litio y también más allá de la tecnología de iones de litio.
Un estudio publicado en la revista Nature Sustainability muestra que el cátodo de red polimérica híbrida recién desarrollado por el equipo permite a las baterías Li-S suministrar más de 900 mAh/g (miliamperios-hora por gramo de masa), en comparación con la capacidad típica de 150-250 mAh/g de las baterías de iones de litio. Eso significa que tiene una cantidad mucho mayor de energía eléctrica que puede conservar.
"También ofrece una excelente estabilidad de ciclado, superando a las baterías convencionales de litio-azufre", afirma Wang.
La capacidad de ciclado mide el número de veces que una batería puede cargarse y descargarse antes de que su capacidad se degrade bruscamente. Una mayor capacidad de ciclado significa una batería más duradera.
Para diseñar el cátodo, Wang contó con la ayuda de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, el Laboratorio Nacional de Brookhaven, la Universidad de Illinois en Chicago y el Laboratorio Nacional de Argonne.
Una solución rentable que proporciona más energía
Lo que hace que las baterías Li-S sean tan prometedoras como fuente de energía renovable es que son más rentables y pueden almacenar más energía que las baterías recargables tradicionales basadas en iones.
Pero hay un problema clave con estas baterías.
"A lo largo de los años, la comunidad de baterías ha luchado por mitigar los efectos negativos de la disolución del polisulfuro", explica Wang.
Todas las baterías tienen un terminal positivo y otro negativo. Dentro de la batería, la reacción química que se produce continuamente entre estos dos terminales proporciona energía o electricidad a la batería.
En el caso de las baterías Li-S, un electrodo o terminal positivo que contiene azufre, llamado cátodo, está emparejado con un electrodo negativo de metal de litio llamado ánodo. Entre ambos componentes se encuentra el electrolito, o sustancia que permite el paso de iones entre los dos extremos de la pila.
Sin embargo, el azufre dista mucho de ser un material ideal para un electrodo.
Cuando los iones de litio se unen a los átomos de azufre en el cátodo, crean moléculas solubles de polisulfuro que van a parar al electrolito, provocando la degradación del cátodo y reduciendo la capacidad de la batería para soportar múltiples ciclos de carga. Es lo que se conoce como disolución del polisulfuro.
Wang y su equipo han encontrado una forma de solucionar este problema utilizando lo que denominan un cátodo de red polimérica híbrida.
"Nuestro cátodo utiliza múltiples enlaces de azufre, adsorción atómica y transporte rápido de iones de litio y electrones a nivel molecular", explica Wang. "Esta combinación permite volver a enlazar y adsorber en tiempo real cualquier especie de azufre no enlazada, eliminando así eficazmente los polisulfuros solubles y alargando la vida útil del ciclo de la batería".
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Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Meng Liao, Yaobin Xu, Muhammad Mominur Rahman, Sha Tan, Daiwei Wang, Ke Wang, Naveen K. Dandu, Qian Lu, Guoxing Li, Linh Le, Rong Kou, Heng Jiang, Au Nguyen, Pei Shi, Lei Ye, Anh T. Ngo, Enyuan Hu, Chongmin Wang, Donghai Wang; "Hybrid polymer network cathode-enabled soluble-polysulfide-free lithium–sulfur batteries"; Nature Sustainability, 2024-10-22
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