Una nueva “esponja” de aerogel de grafeno podría mejorar la vida útil de las baterías de azufre de litio, permitiéndoles reemplazar las baterías de iones de litio actuales.

Un nuevo uso del grafeno puede proporcionar una solución a las deficiencias de las baterías de azufre de litio. Las baterías de azufre de litio ofrecen varias ventajas sobre las baterías de ion de litio comerciales actuales, incluida una densidad de energía mucho mayor. Las mejores baterías de iones de litio pueden funcionar a aproximadamente 300 vatios-hora por kg, con un máximo teórico de alrededor de 350. Sin embargo, las baterías de azufre de litio tienen una densidad de energía teórica de aproximadamente 1000 a 1500 vatios-hora por kg, aproximadamente cinco veces más que de baterías de ion litio.

El diseño de la Universidad de Chalmers para una batería de azufre de litio. La calidad altamente porosa del aerogel de grafeno permite una absorción del azufre lo suficientemente alta como para que el concepto de catolito valga la pena. (Fuente de la imagen: Yen Strandqvist / Universidad de Chalmers)

Inestabilidades del azufre

Pero el problema con las baterías de azufre de litio es su inestabilidad, lo que causa una vida útil baja. Las versiones actuales se degeneran rápidamente y tienen una vida útil limitada: solo pueden funcionar con un número de ciclos poco práctico.

“El azufre es barato, muy abundante y mucho más respetuoso con el medio ambiente. «Las baterías de azufre de litio también tienen la ventaja de no tener que contener flúor nocivo para el medio ambiente, como se encuentra comúnmente en las baterías de ión litio», dijo Aleksandar Matic, profesor del Departamento de Física de Chalmers, en Suecia, quien dirigió el grupo de investigación con el objetivo de Mejorar el rendimiento de las baterías de azufre de litio. Su trabajo se describe en un comunicado de prensa de Chalmers .

Según los investigadores de Chalmers, el uso de un catolito con la ayuda de una esponja de grafeno puede mejorar dramáticamente la vida útil de la batería de azufre de litio. Al probar su nuevo prototipo, los investigadores de Chalmers demostraron una retención de capacidad del 85% después de 350 ciclos.

Resultados muy prometedores

Según el comunicado de prensa, «los investigadores previamente experimentaron con la combinación del cátodo y el electrolito en un líquido, el llamado ‘catolito’. El concepto puede ayudar a ahorrar peso en la batería, así como a ofrecer una carga más rápida y mejores capacidades de energía. Ahora, con el desarrollo del aerogel de grafeno, el concepto ha demostrado ser viable y ofrece algunos resultados muy prometedores. El grafeno es una forma alotrópica de carbono que consiste en una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal.

“Toma el aerogel, que es un tubo largo y delgado, y luego lo corta, casi como un salami. Usted toma esa porción y la comprime para encajar en la batería «, dijo Carmen Cavallo, del Departamento de Física de Chalmers, e investigadora principal del estudio. A continuación, se agrega a la batería una solución rica en azufre, el catolito.

“La estructura porosa del aerogel de grafeno es clave. Absorbe una gran cantidad de catolito, lo que le proporciona una carga de azufre lo suficientemente alta como para que el concepto de catolito valga la pena. Este tipo de catolito semilíquido es realmente esencial aquí. Permite que el azufre realice ciclos de ida y vuelta sin pérdidas. «No se pierde por la disolución, porque ya está disuelta en la solución de catolito», dijo Cavallo. De acuerdo con el comunicado de prensa, parte de la solución de catolito se aplica al separador, la barrera física interna que evita el contacto entre los dos electrodos, a fin de que pueda cumplir su función de electrolito. Esto también maximiza el contenido de azufre de la batería.

Desde el lanzamiento de Chalmers, «El nuevo diseño evita los dos problemas principales con la degradación de las baterías de azufre de litio: uno, que el azufre se disuelve en el electrolito y se pierde, y dos, un» efecto de arrastre «, por el cual las moléculas de azufre emigran del cátodo. al ánodo. En este diseño, estos problemas indeseables pueden reducirse drásticamente «.

Aunque los resultados son prometedores, la investigación solo está en sus etapas iniciales. Al igual que con tantos resultados de la investigación de baterías, las posibilidades de que estas baterías de azufre y litio y azufre y litio lleguen al mercado en un futuro cercano son remotas. «Dado que estas baterías se producen de manera alternativa a la mayoría de las baterías normales, será necesario desarrollar nuevos procesos de fabricación para que sean comercialmente viables», dijo Matic.

El editor principal Kevin Clemens ha estado escribiendo sobre temas de energía, automotriz y transporte durante más de 30 años. Tiene maestrías en Ingeniería de Materiales y Educación Ambiental y un doctorado en Ingeniería Mecánica, especializándose en aerodinámica. Ha establecido varios récords mundiales de velocidad terrestre en motocicletas eléctricas que construyó en su taller.

https://www.designnews.com/electronics-test/graphene-could-improve-lithium-sulfur-batteries/57783253760727