Un equipo de investigadores pertenecientes a la Western University de Canadá, al Canadian Light Source y a la Academia de Ciencias de China, han propuesto un nuevo mecanismo que hace compatibles las baterías de iones de litio convencionales con cátodo de azufre y un electrolito sólido de carbonato. Esta tecnología de baterías es, para algunos expertos, la mejor solución para obtener un aumento significativo de su capacidad y alcanzar la autonomía apropiada en los coches eléctricos que les permita competir con los tradicionales motores de combustión.
El electrolito que se encuentra entre los dos electrodos de las baterías se encarga de transportar las cargas eléctricas entre ellos. Se ha demostrado que los electrolitos a base de carbonato cuentan con un rendimiento electroquímico seguro y estable en las baterías de litio-azufre. Sin embargo, solo se pueden emplear algunos tipos de cátodo de azufre de baja carga. Además, no se conoce bien el mecanismo electroquímico subyacente que se produce en las baterías de litio-azufre con electrolitos a base de carbonato.
En las baterías de Li-S que más desarrollo han logrado hasta ahora, el mecanismo de reacción consiste en que el azufre sólido se reduce en primer lugar a un polisulfuro líquido de cadena larga y, posteriormente, a sulfuro de litio sólido. El problema de este tipo de baterías reside en que el electrolito de carbonato de las baterías de iones de litio convencionales no es compatible con los polisulfuros, ya que su reacción secundaria con él destruye las baterías de Li-S. Por esta razón, los cátodos de azufre más desarrollados no se pueden usar directamente junto a un electrolito de carbonato.
Esquema de una batería de azufre de litio en electrolito a base de carbonato. El recubrimiento Alucone se aplica a los electrodos de carbono-azufre. La película delgada de alucona se deposita directamente sobre los electrodos.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Xueliang, de la Western University de Canadá, desarrolló un nuevo método que elimina el producto intermedio de polisulfuro en la reacción electroquímica de Li-S. El procedimiento consiste en colocar un recubrimiento de polímero híbrido orgánico-inorgánico, llamado Alucone, que separa físicamente el contacto directo entre el electrolito y el cátodo de azufre, permitiendo que se la transmisión de los iones de litio. De esta manera se hace viable el mecanismo electroquímico de las baterías de alto rendimiento de azufre en las que se utiliza un electrolito a base de carbonato.
La investigación, que ha sido publicada por la revista Nature Communications, arroja luz sobre mecanismo de reacción de litio-azufre en fase sólida con electrolitos de carbonato. En base a esto se ha demostrado la ciclabilidad de los cátodos de azufre en un amplio rango de temperatura, entre -20°C y 55°C. El estudio demuestra un rendimiento prometedor de las celdas tipo bolsa de litio-azufre en un electrolito a base de carbonato, lo que indica su viabilidad en aplicaciones futuras, entre ellas las baterías de alta potencia para vehículos eléctricos.
