Plegada o cortada, esta batería de litio-azufre sigue funcionando
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La mayoría de las pilas recargables que alimentan dispositivos portátiles, como juguetes, aspiradoras de mano y bicicletas eléctricas, utilizan tecnología de iones de litio. Pero estas baterías tienen una vida corta y pueden incendiarse si se dañan. Para resolver los problemas de estabilidad y seguridad, unos investigadores han diseñado una batería de litio-azufre (Li-S) con un cátodo de sulfuro de hierro mejorado. Un prototipo se mantiene muy estable a lo largo de 300 ciclos de carga y descarga, y otro proporciona energía incluso después de ser doblado o cortado.
Esta pila de litio-sulfuro de hierro puede doblarse (imagen superior) o cortarse (imagen inferior) y seguir suministrando energía.
Adapted from ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01907
El azufre se ha sugerido como material para las baterías de iones de litio por su bajo coste y su potencial para retener más energía que los óxidos metálicos de litio y otros materiales utilizados en las versiones tradicionales basadas en iones. Para que las baterías Li-S sean estables a altas temperaturas, los investigadores han propuesto utilizar un electrolito a base de carbonato para separar los dos electrodos (un cátodo de sulfuro de hierro y un ánodo de litio metálico). Sin embargo, cuando el sulfuro del cátodo se disuelve en el electrolito, forma un precipitado impenetrable que hace que la célula pierda capacidad rápidamente. Liping Wang y sus colegas se preguntaron si podrían añadir una capa entre el cátodo y el electrolito para reducir esta corrosión sin mermar la funcionalidad ni la recargabilidad.
El equipo recubrió los cátodos de sulfuro de hierro con distintos polímeros y, en las pruebas iniciales de rendimiento electroquímico, descubrió que el ácido poliacrílico (PAA) era el que mejor funcionaba, ya que conservaba la capacidad de descarga del electrodo tras 300 ciclos de carga y descarga. A continuación, los investigadores incorporaron un cátodo de sulfuro de hierro recubierto de PAA al diseño de un prototipo de batería, que también incluía un electrolito a base de carbonato, una lámina metálica de litio como fuente de iones y un ánodo a base de grafito. Fabricaron y probaron prototipos de pila de botón y de pila de botón.
Tras más de 100 ciclos de carga y descarga, Wang y sus colegas no observaron ningún deterioro sustancial de la capacidad de la pila de bolsa. Otros experimentos demostraron que la pila de bolsa seguía funcionando después de doblarla y cortarla por la mitad. La pila monedero conservó el 72% de su capacidad tras 300 ciclos de carga y descarga. A continuación, aplicaron el recubrimiento de polímero a cátodos de otros metales y crearon pilas de litio-molibdeno y litio-vanadio. Estas pilas también tuvieron una capacidad estable tras 300 ciclos de carga y descarga. En general, los resultados indican que los cátodos recubiertos podrían producir no sólo baterías de litio-S más seguras y de larga duración, sino también baterías eficientes con otros sulfuros metálicos, según el equipo de Wang.
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