La transición hacia fuentes de energía renovable se ha convertido en una prioridad a nivel mundial, lo que exige que las soluciones de almacenamiento de energía sean más sostenibles. Las baterías de litio-azufre tienen potencial para proporcionar más del doble de densidad energética que las baterías de iones de litio convencionales. Hacen uso de materias primas que pueden ser adquiridas y fabricadas localmente (tanto en Europa y EE.UU) eliminando la dependencia de proveedores asiáticos.
Se trata de una tecnología que responde a la demanda de la industria que busca baterías livianas que puedan duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos actuales sin sufrir interrupciones en la cadena de suministro. Además, proporcionan una capa adicional de seguridad al no presentar riesgos de incendio en caso de fuga térmica y, por último, tienen la capacidad de ser producidas utilizando los mismos procesos y en las mismas instalaciones que las baterías de litio actuales.
La Universidad de Monash logra un avance importantísimo en las baterías de litio azufre
Las baterías de litio-azufre (Li-S) son una tecnología emergente en el campo del almacenamiento de energía, que aprovecha el litio metálico y el azufre para ofrecer una mayor cantidad de energía por gramo en comparación con las baterías de iones de litio. Aunque son altamente eficientes, el proceso de búsqueda, extracción y transporte de litio genera una huella ambiental notable, lo que subraya la importancia de utilizar la menor cantidad de litio posible.
Por lo general, consisten en un ánodo de litio (electrodo negativo) y un cátodo de azufre (electrodo positivo) separados por una capa aislante. Durante los ciclos de carga y descarga de la batería, se produce una reacción significativa entre el litio y el azufre, lo que somete al litio metálico a tensiones considerables, lo que supone su mayor limitación técnica
En un artículo recientemente publicado, Declan McNamara, estudiante de doctorado; los profesores de Monash Engineering Matthew Hill y Mainak Majumder, y el doctor Makhdokht Shaibani, de la Universidad RMIT, explican su innovador diseño. La batería de litio-azufre incorpora un ánodo compuesto por una lámina de litio revestida con un polímero nanoporoso, lo que disminuye la cantidad de litio requerida en una única batería. Además, el diseño no precisa níquel ni cobalto, eliminando la dependencia de estos minerales que tienen un impacto ambiental y social considerable.
Detallan cómo la implementación de este polímero nanoporoso directamente en el ánodo de lámina de litio ha dado lugar a un novedoso diseño de batería que requiere menos litio, posee una mayor densidad energética, una vida útil más prolongada y un coste de fabricación de aproximadamente la mitad de las baterías de iones de litio.
La delgada capa de polímero sobre el litio mejora considerablemente el número de ciclos de la batería. "El polímero incluye diminutos poros de menos de un nanómetro de tamaño (equivalente a una milmillonésima parte de un metro) que facilitan el movimiento libre de los iones de litio, al tiempo que bloquean otras sustancias químicas que podrían degradar el litio. Este revestimiento también funciona como andamiaje para el litio, lo que contribuye a su capacidad de cargar y descargar de manera repetida”, explica McNamara.
Sin embargo, el litio metálico es un arma de doble filo porque contiene una gran cantidad de energía que en una batería defectuosa se disipa en reacciones secundarias. Pero si la energía se canaliza adecuadamente, se pueden desarrollar dispositivos de almacenamiento “sorprendentes y más simples de fabricar: este revestimiento representa un avance en la creación de baterías Li-S altamente eficientes y de fabricación más sencilla", añade.
El futuro inmediato de las baterías Li-S
"Las tecnologías de protección del litio metálico serán fundamentales en la búsqueda de baterías sostenibles y de alta densidad energética. Este estudio establece un nuevo marco para salvaguardar el Li-metal contra la rápida degradación o fallos catastróficos, una vulnerabilidad que ha sido un punto débil para las baterías de Li-S", explica el profesor Majumder.
Esta tecnología podría tener una aplicación inmediata. Esta investigación está lista para su implementación comercial, afirma el profesor Hill. “El mercado de vehículos eléctricos, drones y dispositivos electrónicos está experimentando un crecimiento notable. Esperamos colaborar con socios comerciales para desarrollar y producir esta tecnología", concluye.
