A medida que aumenta la popularidad de los vehículos eléctricos, los científicos ven un gran potencial en las baterías de litio-azufre como forma más ecológica de alimentarlos.
Esto se debe a que no dependen de las mismas materias primas caras y difíciles de obtener, como el cobalto, pero otros problemas relacionados con su estabilidad han frenado la tecnología hasta ahora.
Ingenieros de la Universidad de Drexel han logrado un avance que, según ellos, acerca estas baterías al uso comercial, al aprovechar una fase química poco frecuente del azufre para evitar reacciones químicas perjudiciales.
Las baterías de litio-azufre son muy prometedoras en lo que respecta al almacenamiento de energía, y no sólo porque el azufre sea abundante y menos problemático de obtener que el cobalto, el manganeso y el níquel usados en las baterías actuales.
Además, pueden ofrecer una mejora significativa del rendimiento, con el potencial de almacenar varias veces la energía de las actuales baterías de iones de litio.
Pero hay un problema con el que los científicos siguen tropezando: la formación de unos compuestos químicos llamados polisulfuros.
A medida que la batería funciona, éstos llegan al electrolito, la solución que transporta la carga entre el ánodo y el cátodo, donde desencadenan reacciones químicas que comprometen la capacidad y la vida útil de la batería.
Los científicos han conseguido cambiar el electrolito de carbonato por un electrolito de éter, que no reacciona con los polisulfuros. Pero esto plantea otros problemas, ya que el electrolito de éter es muy volátil y contiene componentes con puntos de ebullición bajos, lo que significa que la batería podría fallar rápidamente o fundirse si se calienta por encima de la temperatura ambiente.
Los ingenieros químicos de la Universidad de Drexel han estado trabajando en otra solución y ésta comienza con el diseño de un nuevo cátodo, que puede funcionar con los electrolitos de carbonato que ya se utilizan comercialmente.
Este cátodo está hecho de nanofibras de carbono y ya se había demostrado que frenaba el movimiento de los polisulfuros en un electrolito de éter. Pero hacer que funcione con un electrolito de carbonato requería cierta experimentación.
Tener un cátodo que funcione con el electrolito de carbonato que ya se usa es terreno ganado para los fabricantes. Así que, el objetivo era hacer un cátodo que pudiera funcionar en el sistema de electrolitos de iones de litio ya existente en el sector.
Los científicos intentaron confinar el azufre en la malla de nanofibras de carbono para evitar las peligrosas reacciones químicas mediante una técnica llamada disposición de vapor. Esto no tuvo el efecto deseado, sino que cristalizó el azufre de una forma inesperada y lo convirtió en algo llamado azufre monoclínico en fase gamma, una forma ligeramente alterada del elemento. Esta fase química del azufre sólo se había producido a altas temperaturas en el laboratorio o se había observado en pozos de petróleo en la naturaleza. Convenientemente para los científicos, no es reactiva con el electrolito de carbonato, eliminando así el riesgo de formación de polisulfuro.
Han creado un cátodo que se sometía a miles de ciclos de carga y descarga sin que disminuyera su rendimiento, y un año después, el examen muestra que la fase química se ha mantenido igual.
Los científicos han estabilizado una forma rara de azufre en un nuevo cátodo, allanando el camino para una nueva clase de baterías de alta capacidad.
El cátodo se mantuvo estable durante un año de pruebas y 4.000 ciclos de carga y descarga, lo que, según los científicos, equivale a 10 años de uso regular. El prototipo de batería que el equipo fabricó con este cátodo ofrecía el triple de capacidad que una batería de iones de litio estándar, lo que abre el camino a baterías más ecológicas que permitan a los vehículos eléctricos viajar mucho más lejos con cada carga.
«Aunque todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo exacto que se esconde tras la creación de este azufre monoclínico estable a temperatura ambiente, se trata de un descubrimiento apasionante que podría abrir varias puertas para el desarrollo de una tecnología de baterías más sostenible y asequible», afirma Kalra.
Fuente:
https://ecoinventos.com/baterias-de-litio-azufre-para-triplicar-la-capacidad/
Esto se debe a que no dependen de las mismas materias primas caras y difíciles de obtener, como el cobalto, pero otros problemas relacionados con su estabilidad han frenado la tecnología hasta ahora.
Ingenieros de la Universidad de Drexel han logrado un avance que, según ellos, acerca estas baterías al uso comercial, al aprovechar una fase química poco frecuente del azufre para evitar reacciones químicas perjudiciales.
Las baterías de litio-azufre son muy prometedoras en lo que respecta al almacenamiento de energía, y no sólo porque el azufre sea abundante y menos problemático de obtener que el cobalto, el manganeso y el níquel usados en las baterías actuales.
Además, pueden ofrecer una mejora significativa del rendimiento, con el potencial de almacenar varias veces la energía de las actuales baterías de iones de litio.
Pero hay un problema con el que los científicos siguen tropezando: la formación de unos compuestos químicos llamados polisulfuros.
A medida que la batería funciona, éstos llegan al electrolito, la solución que transporta la carga entre el ánodo y el cátodo, donde desencadenan reacciones químicas que comprometen la capacidad y la vida útil de la batería.
Los científicos han conseguido cambiar el electrolito de carbonato por un electrolito de éter, que no reacciona con los polisulfuros. Pero esto plantea otros problemas, ya que el electrolito de éter es muy volátil y contiene componentes con puntos de ebullición bajos, lo que significa que la batería podría fallar rápidamente o fundirse si se calienta por encima de la temperatura ambiente.
Los ingenieros químicos de la Universidad de Drexel han estado trabajando en otra solución y ésta comienza con el diseño de un nuevo cátodo, que puede funcionar con los electrolitos de carbonato que ya se utilizan comercialmente.
Este cátodo está hecho de nanofibras de carbono y ya se había demostrado que frenaba el movimiento de los polisulfuros en un electrolito de éter. Pero hacer que funcione con un electrolito de carbonato requería cierta experimentación.
Tener un cátodo que funcione con el electrolito de carbonato que ya se usa es terreno ganado para los fabricantes. Así que, el objetivo era hacer un cátodo que pudiera funcionar en el sistema de electrolitos de iones de litio ya existente en el sector.
Los científicos intentaron confinar el azufre en la malla de nanofibras de carbono para evitar las peligrosas reacciones químicas mediante una técnica llamada disposición de vapor. Esto no tuvo el efecto deseado, sino que cristalizó el azufre de una forma inesperada y lo convirtió en algo llamado azufre monoclínico en fase gamma, una forma ligeramente alterada del elemento. Esta fase química del azufre sólo se había producido a altas temperaturas en el laboratorio o se había observado en pozos de petróleo en la naturaleza. Convenientemente para los científicos, no es reactiva con el electrolito de carbonato, eliminando así el riesgo de formación de polisulfuro.
Han creado un cátodo que se sometía a miles de ciclos de carga y descarga sin que disminuyera su rendimiento, y un año después, el examen muestra que la fase química se ha mantenido igual.
Los científicos han estabilizado una forma rara de azufre en un nuevo cátodo, allanando el camino para una nueva clase de baterías de alta capacidad.
El cátodo se mantuvo estable durante un año de pruebas y 4.000 ciclos de carga y descarga, lo que, según los científicos, equivale a 10 años de uso regular. El prototipo de batería que el equipo fabricó con este cátodo ofrecía el triple de capacidad que una batería de iones de litio estándar, lo que abre el camino a baterías más ecológicas que permitan a los vehículos eléctricos viajar mucho más lejos con cada carga.
«Aunque todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo exacto que se esconde tras la creación de este azufre monoclínico estable a temperatura ambiente, se trata de un descubrimiento apasionante que podría abrir varias puertas para el desarrollo de una tecnología de baterías más sostenible y asequible», afirma Kalra.
Fuente:
https://ecoinventos.com/baterias-de-litio-azufre-para-triplicar-la-capacidad/
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