26.08.2021 - Tohoku University

Las baterías recargables de magnesio de alta velocidad están más cerca de hacerse realidad

Las baterías recargables de magnesio (MRB), en las que se utiliza el metal Mg de alta capacidad como material anódico, son candidatas prometedoras para las baterías de próxima generación debido a su densidad energética, seguridad y coste. Sin embargo, la falta de materiales catódicos de alto rendimiento impide su desarrollo.

Al igual que sus homólogas de iones de litio, los óxidos de metales de transición son los materiales catódicos básicos de las MRB. Sin embargo, la lenta difusión de los iones de Mg en el interior de los óxidos plantea un grave problema. Para superarlo, algunos investigadores han explorado materiales basados en el azufre. Pero los cátodos basados en el azufre para las MRB presentan graves limitaciones: baja conductividad electrónica, lenta difusión del Mg en los compuestos sólidos de Mg-S y disolubilidad de los polisulfuros en los electrolitos, lo que da lugar a una capacidad de baja velocidad y escasa ciclabilidad.

Ahora, un equipo de investigación en el que participan el Dr. Shimokawa y el profesor Ichitsubo de la Universidad de Tohoku ha desarrollado cátodos compuestos de azufre/sulfuro líquidos que permiten obtener baterías de magnesio de alta velocidad. Su trabajo se ha publicado en el Journal of Materials Chemistry A.

Los materiales compuestos de azufre/sulfuro líquido pueden fabricarse espontáneamente mediante la oxidación electroquímica de sulfuros metálicos, como el sulfuro de hierro, en un electrolito líquido iónico a 150. El material compuesto mostró un alto rendimiento en cuanto a capacidad, potencial, ciclabilidad y capacidad de velocidad.

Los investigadores lograron una capacidad de descarga de ~900 mAh/g a una alta densidad de corriente de 1246 mA/g basada en la masa de azufre activo. Además, revelaron que el potencial de descarga mejoraba al utilizar azufre no equilibrado formado por procesos de carga rápida.

Este material permitió un rendimiento estable del cátodo a 150 durante más de 50 ciclos. Esta alta ciclabilidad podría atribuirse a los siguientes puntos: alta reversibilidad estructural del material activo en estado líquido, baja solubilidad de los polisulfuros en el electrolito líquido iónico y alta proporción de utilización del azufre debido a su adhesión a las partículas de sulfuro conductoras que forman una morfología porosa durante la síntesis de los materiales compuestos.

A pesar de los avances de los investigadores, siguen existiendo varios problemas. "Necesitamos electrolitos que sean compatibles con los materiales del cátodo y del ánodo, ya que el líquido iónico utilizado en este trabajo pasiva el ánodo de Mg-metal", afirma Shimokawa. "En el futuro, es importante desarrollar nuevos electrolitos electroquímicamente estables para que los MRB sean más prácticos para su uso generalizado".

Aunque las MRB todavía están en fase de desarrollo, el equipo de investigación espera que su trabajo proporcione una nueva forma de utilizar el azufre líquido como material de cátodo de alta velocidad para las MRB. "Esto impulsaría la mejora de los materiales basados en el azufre para conseguir baterías de alto rendimiento de próxima generación", añadió Shimokawa.

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