Se realizan investigaciones y experimentos continuos para encontrar baterías nuevas y mejores que sean sostenibles, seguras y estables. En uno de estos intentos, los investigadores descubrieron una batería de sulfuro de litio estable y segura que puede plegarse e incluso cortarse por la mitad.
Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China logró crear baterías de litio basadas en sulfuro de metales de transición. Los investigadores recubrieron los cátodos de sulfuro de hierro con polímeros, lo que resultó en un ciclo estable y una alta seguridad. Tras 300 ciclos, la celda tipo bolsa de carburo de litio-disulfuro de hierro conservó aproximadamente el 72.0 % de su capacidad . Además, esta batería de litio-azufre (Li-S) no experimentó degradación de capacidad tras 100 ciclos.
Sorprendentemente, los científicos lograron doblar y cortar una de las celdas de la bolsa de la batería. Según los investigadores, esto demuestra su alta seguridad para aplicaciones prácticas.
Ventajas: Los sulfuros de metales de transición de tipo conversión (MSc) se caracterizan por su fácil disponibilidad, alta densidad energética y bajo costo. Estas cualidades los convierten en cátodos prometedores para baterías de iones de litio (LIB).
Desafíos: El MSx presenta problemas de estabilidad a altas temperaturas debido al cierre por polisulfuro. Además, enfrenta una expansión de volumen considerable y una cinética de reacción lenta.
Soluciones: El grupo propuso previamente el uso de un electrolito a base de carbonato para separar dos electrodos: un cátodo de sulfuro de hierro y un ánodo que contiene litio metálico.
Sin embargo, esta solución generó otro problema.
Problema: Los investigadores mencionaron que la incompatibilidad del MSx con los electrolitos a base de carbonato representa un gran desafío para este tipo de química de baterías. Los polisulfuros reaccionan con los disolventes de carbonato, formando precipitados en la superficie del electrodo. Esto crea una barrera para la transferencia de carga, lo que provoca el bloqueo del electrodo y la falla de la batería.
Solución: Los cátodos de sulfuro de hierro se recubrieron con diferentes polímeros. Esto redujo la corrosión sin afectar ni disminuir la funcionalidad ni la capacidad de recarga. Se utilizaron específicamente ácido poliacrílico (PAA), óxido de polietileno (PEO) y poliacrilamida (PAM), ya que todos contienen grupos funcionales con efecto quelante.
En otra investigación, se descubrió un método ecológico para la producción de baterías mediante síntesis totalmente seca y óxido de sal de roca .
El informe menciona: “El efecto de quelación se basa en la coordinación de pares de electrones no enlazantes en el oxígeno o el nitrógeno y orbitales vacíos de metales de transición multivalentes”.
Las pruebas de rendimiento electroquímico demuestran que el PAA obtuvo los mejores resultados al conservar la capacidad de descarga del electrodo después de 300 ciclos de carga y descarga.
Posteriormente, añadieron un cátodo de sulfuro de hierro (FeS₂) recubierto de PAA al diseño del prototipo de batería de sulfuro de litio, estable y seguro. El diseño también incluye una lámina metálica de litio como fuente de iones y un ánodo de carburo de litio (LiC₃). Además, la prueba demostró que no se produjo degradación de la capacidad después de 2 ciclos, ni siquiera al plegar o cortar la celda.
Los investigadores también afirmaron: “Las celdas completas LiC6||MoS6 demostraron una excelente estabilidad cíclica durante 300 ciclos con la misma alta capacidad que la media celda (Li||MoS6), y la misma situación también ocurrió en LiC6||VS4”, afirmaron.
