Doblada o cortada, esta batería de litio y azufre sigue alimentando dispositivos
por Clarence Oxford
Los Ángeles CA (SPX) 19 de septiembre de 2024
La mayoría de las baterías recargables que alimentan dispositivos portátiles, como juguetes, aspiradoras de mano y bicicletas eléctricas, utilizan tecnología de iones de litio. Pero estas baterías pueden tener una vida útil corta y pueden incendiarse si se dañan. Para abordar los problemas de estabilidad y seguridad, los investigadores que informan en ‘ACS Energy Letters’ han diseñado una batería de litio-azufre (Li-S) que cuenta con un cátodo de azufre de hierro mejorado. Un prototipo permanece muy estable durante 300 ciclos de carga y descarga y otro proporciona energía incluso después de haber sido plegado o cortado.
Se ha sugerido el azufre como material para las baterías de iones de litio debido a su bajo costo y su potencial para contener más energía que los óxidos metálicos de litio y otros materiales utilizados en las versiones tradicionales basadas en iones. Para hacer que las baterías de Li-S sean estables a altas temperaturas, los investigadores propusieron previamente utilizar un electrolito a base de carbonato para separar los dos electrodos (un cátodo de azufre de hierro y un ánodo que contiene metal litio). Sin embargo, a medida que el sulfuro del cátodo se disuelve en el electrolito, forma un precipitado impenetrable, lo que hace que la celda pierda capacidad rápidamente. Liping Wang y sus colegas se preguntaron si podrían agregar una capa entre el cátodo y el electrolito para reducir esta corrosión sin reducir la funcionalidad y la recargabilidad.
El equipo recubrió cátodos de azufre de hierro con diferentes polímeros y descubrió en las pruebas iniciales de rendimiento electroquímico que el ácido poliacrílico (PAA) funcionó mejor, conservando la capacidad de descarga del electrodo después de 300 ciclos de carga y descarga. A continuación, los investigadores incorporaron un cátodo de azufre de hierro recubierto de PAA en un prototipo de diseño de batería, que también incluía un electrolito a base de carbonato, una lámina de metal de litio como fuente de iones y un ánodo a base de grafito. . Produjeron y luego probaron prototipos de baterías de tipo bolsa y de tipo botón.
Después de más de 100 ciclos de carga y descarga, Wang y sus colegas no observaron una disminución sustancial de la capacidad en la celda de la bolsa. Experimentos adicionales demostraron que la célula de la bolsa todavía funcionaba después de doblarla y cortarla por la mitad. La pila de botón retuvo el 72% de su capacidad después de 300 ciclos de carga y descarga. Luego aplicaron el recubrimiento de polímero a cátodos hechos de otros metales, creando baterías de litio-molibdeno y litio-vanadio. Estas celdas también tenían una capacidad estable durante 300 ciclos de carga y descarga. En general, los resultados indican que los cátodos recubiertos podrían producir no sólo baterías de Li-S más seguras con una larga vida útil, sino también baterías eficientes con otros sulfuros metálicos, según el equipo de Wang.
Informe de investigación:Aglutinantes de tipo quelante para ciclos estables y baterías de litio a base de azufre de metales de transición de alta seguridad.
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