Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, ha desarrollado un aerogel de óxido de grafeno que puede ser utilizado como electrodo en una batería de litio-azufre logrando aumentar su capacidad energética, reduciendo su peso y dotándola de la posibilidad de utilizar la carga rápida cuando se utiliza en vehículos eléctricos.
Una batería de ion-litio tradicional consta de cuatro partes: dos electrodos de soporte recubiertos con una sustancia activa, un electrolito, y un separador que actúa como una barrera física impidiendo el contacto entre los dos electrodos al tiempo que permite la transferencia de iones.
Las baterías de litio-azufre son una posible alternativa a las actuales de iones de litio gracias a su alta densidad energética, a la que se une la alta disponibilidad del azufre en la naturaleza que, además, es ambientalmente inocuo. Sin embargo, la degradación provocada por su mala conductividad y una lenta cinética rédox para la transferencia de electrones entre los electrodos las hacen inviables para su uso en vehículos eléctricos.
La estrategia utilizada hasta ahora ha sido la encapsulación de azufre en materiales porosos cuya arquitectura es clave para lograr un buen rendimiento de las baterías. Previamente al uso del aeorgel de grafeno, los investigadores experimentaron con la combinación del cátodo y el electrolito en un líquido llamado catolito. Esta composición puede ayudar a ahorrar peso en la batería, así como a permitir una carga más rápida y a aumentar la capacidad energética. Con el desarrollo del aerogel de grafeno, el concepto ha demostrado ser viable y ofrece resultados prometedores.
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 sea viable.
Sobre la base de una celda estándar, los investigadores insertaron una capa delgada del aerogel de grafeno poroso cuya estructura es clave ya que absorbe una gran cantidad de catolito en el que está disuelto el azufre, proporcionando una carga de este lo suficientemente alta. na vez colocado en la batería el aerogel actúa como soporte, absorbiendo la solución como una esponja. Este tipo de catolito semilíquido es realmente esencial puesto que permite que el azufre realice ciclos de carga y descarga sin pérdidas ya que no se disuelve por estar disuelto en el la solución de catolito. Una parte de ella se aplica también al separador para que cumpla su función maximizando el contenido de azufre de la batería.
El nuevo diseño evita los dos problemas principales de degradación de las baterías de litio-azufre. El primero la disolución del azufre en el electrolito, y el segundo el efecto de arrastre, por el que las moléculas de azufre migran desde el cátodo al ánodo. En este diseño, estos problemas indeseables pueden reducirse significativamente.
Los investigadores advierten que todavía hay un largo camino por recorrer antes de que la tecnología pueda alcanzar el potencial completo para ser comercializada. Además, los procesos de producción que requiere este tipo de baterías son diferentes a los que se emplean en las baterías normales. Por lo tanto será necesario desarrollar unos nuevos que permitan que la solución sea económicamente viable.
