Un equipo de investigadores de la Universidad Monash en Australia ha encontrado una solución para evitar la excesiva degradación de las baterías de litio-azufre. Para ello se han centrado en la composición del separador que se encuentra entre los dos electrodos. Su capa separadora presenta una química en su superficie formada por una red de poros que evita el movimiento de los polisulfuros, responsables de la degradación, y facilita el movimiento de los iones de litio.
La tecnología de las baterías de Li-S es una de las más prometedoras en la actualidad por sus ventajas técnicas, económicas y medioambientales. En el caso de los vehículos eléctricos, su mayor capacidad energética, entre dos y cinco veces más, y su menor coste, podrían ayudar a reducir la brecha de precio y de autonomía respecto a los modelos de combustión. La composición química de las baterías de iones de litio depende de metales como el cobalto, el manganeso y el níquel, escasos y mal distribuidos geográficamente y cuya cadena de suministros conlleva costes ambientales y humanitarios
El azufre, por el contrario, es abundante y barato. Sin embargo, a diferencia de las baterías de iones de litio, la reacción química que se produce en el interior de las baterías de azufre conduce a la acumulación de sulfuro de litio sólido y polisulfuro de litio líquido lo que provoca una pérdida de material activo en el cátodo de azufre (electrodo negativo) y la corrosión del ánodo de litio (electrodo positivo). Esto se traduce directamente en una mayor degradación de la batería y por lo tanto en una vida útil muy limitada.
Algunas investigaciones se han centrado en la integración de fibras de Kevlar para inhibir el movimiento de las partículas de polisulfuro o en el uso de una fase química rara del azufre para evitar su formación por completo. El equipo de investigadores de la Universidad de Monash ha adoptado otro enfoque, centrándose en la capa separadora que se encuentra entre los dos electrodos de la batería.
Los científicos desarrollaron capa intermedia separadora que presenta una química de superficie única con una red uniforme de poros que evita el movimiento de los polisulfuros. Igualmente importante es el efecto que tiene esta capa en el transporte de iones de litio, ya que facilita su movimiento mejorando enormemente las tasas de carga y descarga de la celda.
"En una batería de litio el separador que se encuentra entre los electrodos ayuda a que el litio pase de un lado otro más rápido", explica el profesor Matthew Hill, director de la investigación. "La nueva capa intermedia supera la velocidades de carga y descarga de las baterías de litio-azufre de la generación anterior", añade.
El diseño ofrece además una alta protección del ánodo y una excelente retención de la capacidad. Los científicos demostraron su rendimiento a lo largo de miles de ciclos de carga y descarga sin que se produjeran fallos ni una degradación excesiva. La capa intermedia evita que los polisulfuros se muevan interfiriendo con el ánodo y acortando la vida útil de la batería" afirma el autor principal del artículo publicado en el Journal of Materials Chemistry, Ehsan Ghasemiestabanati: "Esto significa que la batería se puede cargar y descargar hasta 2.000 veces sin fallar".
