Un equipo de Investigadores de la Universidad Normal de Jiangsu en China ha creado un aerogel de carbono, activado con boro, formado a base de estructuras esféricas y consecutivas de azufre recubiertas por grafito. Con este material utilizado en el cátodo de las baterías de litio-azufre es posible alcanzar una capacidad específica de 1.326 mAh/g, una vida útil de hasta 500 ciclos de carga y descarga con un 99,8% de eficiencia y una capacidad superficial de 12,3 mAh/cm2.
Las baterías de litio-azufre (Li-S) cuentan con algunos inconvenientes que impiden su aplicación práctica para el almacenamiento de energía en vehículos eléctricos y sistemas estacionarios. Entre ellas las más importantes son su mala conductividad, la formación de polisulfuros de litio intermedios (LiPS) y la expansión del azufre durante el proceso de carga y descarga, que dan como resultado que su capacidad específica sea baja y su vida útil, cuantificada en ciclos de carga y descarga, muy pobre.
Se han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo de cátodos de azufre avanzados que mejoran la eficiencia de utilización del azufre activo. La creciente demanda de vehículos eléctricos ha llevado a los investigadores a explorar materiales de electrodos de gran capacidad, lo que influye en su tamaño. De esta forma el grosor del electrodo aumenta cuando lo hace la carga superficial, lo que provoca que el electrodo grueso tienda a fracturarse reduciendo la conductividad eléctrica.
El equipo de investigación se ha centrado en el desarrollo de un cátodo con una alta carga de área de azufre activo y una buena conductividad eléctrica que prevenga el transporte de los polisulfuros lo que supone un gran avance para las baterías de Li-S.
Proceso de creación del cátodo de la batería de Li-S con aerogel de carbono-azufre.
En el documento publicado en la revista Chemical Communications, se desarrolla el método de creación de un cátodo de aerogel de carbono-azufre, activado con boro, que incorpora esferas de azufre que hacen la función de núcleos y láminas de grafito, también mezcladas con boro, que forman las cápsulas de recubrimiento exterior y que restringen el transporte de los polisulfuros. La estructura porosa de este aerogel proporciona suficiente espacio para la expansión del azufre activo.
Gracias a estas estructuras únicas, se han logrado rendimientos prometedores que implican una alta capacidad específica de hasta 1.326 mAh/g y una estabilidad de 500 ciclos de carga y descarga con una eficiencia del 99,8%. Además, se ha alcanzado una alta capacidad superficial de hasta 12,3 mAh/cm2 debido a la incorporación de 13,5 miligramos de azufre por cada centímetro cuadrado.
El reto ahora es poder reproducir este proceso con un coste asequible, que podría dar lugar a baterías muy económicas con un capacidad mejorada, que reemplazarían las tecnologías basadas en la química del litio que hoy en día se utilizan para alimentar motores eléctricos. Por ahora, el alto coste de las baterías dotadas de esta tecnología y su alta capacidad las hace indicadas en entornos exigentes, como aviones eléctricos, aplicaciones aeroespaciales y militares.
