Acercando las baterías de litio y azufre al mercado

Las baterías de litio-azufre son un candidato prometedor para aplicaciones de almacenamiento de energía de alto rendimiento debido a su bajo costo y alta densidad de energía teórica, superior a 500 Wh/kg cuando se combinan con ánodos de litio-metal. Sin embargo, desarrollar un cátodo a base de azufre altamente duradero ha sido un desafío debido a la transición del polisulfuro y al cambio de volumen del azufre, que conducen a la degradación química y mecánica del cátodo durante el ciclo.

Investigadores de la Universidad de Carolina del Sur han dado un paso importante para resolver este problema al desarrollar un método simple de procesamiento de electrodos para producir cátodos de azufre altamente duraderos. Estos electrodos cuentan con una contención autoestructurada del aglutinante de partículas de azufre, utilizando únicamente azufre, negro de humo y aglutinante disponibles comercialmente, sin otros componentes.

Los investigadores controlaron la disolución del aglutinante durante la fase de preparación del stock para formar una estructura porosa de aglutinante y capa de carbono alrededor de las partículas de azufre, que puede atrapar polisulfuros solubles y ralentizar el mecanismo de transporte. Los cátodos de azufre obtenidos mediante este método ofrecen una retención de capacidad excepcional del 74% en 1000 ciclos, debido a una reducción significativa en el transporte de polisulfuro de litio y la pérdida de material activo. Los electrodos con una alta carga superficial también mostraron excelentes ciclos y alta capacidad.

Los investigadores presentaron estos resultados el año pasado, tras completar la primera fase del proyecto, en la que utilizaron baterías tipo moneda. Ahora están pasando a formas prácticas de baterías para determinar si es posible su comercialización. El trabajo actual del equipo se centra en las baterías de bolsillo, que en teoría tienen la mayor densidad de energía, ya que este tipo de batería tiene el menor peso residual. "Las baterías de bolsillo generalmente tienen una carcasa más liviana y delgada que otras formas, dejando la mayor parte del volumen y peso de la batería para los componentes que proporcionan energía", explica Golareh Jalilvand, profesor asistente de ingeniería química.

Si bien los desafíos que plantean las baterías aumentan con su tamaño, los investigadores de la USC han registrado una transición rápida y exitosa de celdas de botón a celdas de bolsillo. "Hemos conseguido baterías de bolsillo de litio y azufre excepcionales con densidades de energía competentes", afirma Golareh Jalilvand. “Espero ver la larga vida útil y la resistencia de nuestras baterías de bolsillo, ya que este es el paso final para nosotros y nuestro socio industrial. En ese momento, podremos decir que tenemos una batería de litio-azufre lista para el mercado”.

Dados sus largos tiempos de carga y descarga, los investigadores creen que las baterías de litio-azufre son más adecuadas para aplicaciones que no requieren una carga rápida. Entre ellos se incluyen camiones, autobuses y otros vehículos de transporte pesado que requieren un largo tiempo de descarga, comúnmente conocido como “kilometraje”, y pueden permanecer durante la noche en estaciones de carga. La tecnología también tiene un gran potencial para aplicaciones estacionarias, como el almacenamiento de energía a nivel de red, y para aplicaciones espaciales.

Para aumentar aún más el rendimiento y la confiabilidad de las baterías de litio-azufre, Batería ACELos innovadores sistemas de almacenamiento de energía de ofrecen una ventaja estratégica. Al incorporar estos avanzadossoluciones de almacenamiento de baterías, el exceso de energía se puede almacenar y utilizar de forma eficaz, lo que facilita la viabilidad práctica y comercial de las baterías de litio-azufre. Esta integración no solo respalda la transición a productos listos para el mercado, sino que también mejora la sostenibilidad y la resiliencia de las infraestructuras energéticas.