Investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia han identificado los principales cuellos de botella que reducen la vida útil de la batería de litio-azufre , a pesar de su mayor almacenamiento de energía en comparación con sus contrapartes de iones de litio.
En un artículo publicado en la revista Chem, los científicos explican que se forman varios materiales durante la descarga/ ciclos de carga de la batería y puede causar varios problemas. A menudo, una escasez localizada de litio provoca un cuello de botella.
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Los investigadores examinaron el electrodo positivo de la batería. Notaron que los mecanismos de descarga son complicados debido a varias reacciones en múltiples fases y la tortuosidad de la matriz de carbono altamente porosa. Para ver esto en detalle, realizaron mediciones simultáneas de dispersión de ángulo pequeño y de ángulo ancho y resistencia de celda en celdas de litio-azufre en funcionamiento.
“Los resultados indican que los precipitados crecen principalmente en número, no en tamaño y que la estructura de la matriz de carbono no se ve afectada”, se lee en el estudio. “La comparación de la dispersión de ángulo pequeño y de ángulo amplio revela los productos de descarga amorfa que se encuentran en una tasa de descarga baja. Un análisis más detallado demuestra la correlación entre la resistencia a la difusión y el cambio de composición del electrolito en los mesoporos al final de la descarga, lo que sugiere que la deficiencia de iones de litio es el factor limitante para la utilización de azufre a una tasa de descarga media.”
En opinión de Daniel Brandell, coautor del artículo, conocer estos problemas permite a los científicos desarrollar nuevas estrategias y materiales para mejorar el rendimiento de las baterías.
“Es necesario identificar los cuellos de botella reales para dar los próximos pasos”, dijo en un comunicado de prensa. “Este es un gran desafío de investigación en un sistema tan complejo como el litio-azufre.”
Para llegar a sus hallazgos, Brandell y sus colegas combinaron varias técnicas de dispersión de radiación: los análisis de rayos X se realizaron en Uppsala, Suecia, y los resultados de neutrones fueron proporcionados por el Institut Laue Langevin en Francia.
Las baterías de litio-azufre ocupan un lugar destacado en la lista de deseos para futuras baterías, ya que están fabricadas con materiales menos costosos y más ecológicos que las baterías de iones de litio. También tienen una mayor capacidad de almacenamiento de energía y funcionan bien a temperaturas mucho más bajas.