Los científicos mejoran la durabilidad de las baterías de litio-azufre con tintes
Un material de revestimiento basado en el colorante azul de metileno podría garantizar un alto rendimiento de estas baterías
Pusan National University
Muchas tecnologías emergentes relacionadas con la energía sostenible, como los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red y los coches eléctricos, requieren baterías recargables de alto rendimiento. Desgraciadamente, las baterías de iones de litio (LIB) convencionales casi han alcanzado su límite teórico y deben ser sustituidas por baterías con mayor capacidad teórica y densidad energética.
Las baterías de litio-azufre (Li-S) se consideran la mejor opción potencial para la próxima generación de baterías recargables, debido no sólo a su densidad energética mucho mayor que la de las LIB, sino también a sus costes relativamente más bajos, gracias a su uso de azufre, un material ampliamente abundante. Sin embargo, las baterías de Li-S adolecen de algunos problemas clave que deben resolverse antes de que puedan ser comercialmente viables, siendo el más destacado el “efecto de desplazamiento del polisulfuro”. Este fenómeno hace que largas cadenas de azufre se escapen del cátodo con el tiempo, degradando permanentemente la capacidad de la batería con cada ciclo de carga y descarga.
Afortunadamente, en un estudio reciente, un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Pusan (Corea del Sur) ha encontrado una forma eficaz de mitigar el efecto de desplazamiento y mejorar el rendimiento de las baterías Li-S. Este artículo se puso en línea el 29 de septiembre de 2021 y se publicará en el volumen 430 de la revista Chemical Engineering Journal el 15 de febrero de 2022.
Dirigido por el profesor Seung Geol Lee, el profesor adjunto Jin Hong Lee y el profesor asociado Oi Lun Li, el equipo desarrolló un enfoque innovador que implicaba el uso de un tinte orgánico común llamado azul de metileno como precursor de un novedoso material de revestimiento para el separador de las baterías Li-S. El procedimiento consistía en disolver el tinte en anilina, un disolvente que contiene carbono, y someter la mezcla a la ingeniería de plasma seguida de un tratamiento térmico. Así se creó un material de carbono poroso dopado con nitrógeno y azufre -dos elementos ya presentes en el azul de metileno- que podía aplicarse al separador entre el cátodo y el ánodo de la batería.
Gracias al alto contenido de heteroelementos (elementos distintos del carbono) del material de carbono dopado obtenido mediante este proceso, se pudo mitigar en gran medida el efecto de desplazamiento del polisulfuro, como demostraron los científicos en varios experimentos. Esto, a su vez, les permitió producir baterías Li-S más duraderas y con mejores prestaciones electroquímicas. “Nuestros resultados demuestran que el azul de metileno, y posiblemente otros colorantes, pueden ser útiles en los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación”, señala el profesor Lee.
En general, este estudio podría motivar a los científicos de todo el mundo a buscar otras aplicaciones potenciales de los tintes orgánicos fuera del teñido de textiles. El profesor Lee especula: “Esperamos que nuestros resultados contribuyan en gran medida a la fabricación no sólo de baterías de litio-azufre, sino también de otros sistemas de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de sodio, en las que se pueden utilizar materiales de carbono”.
