Un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester ha desarrollado un cátodo de grafeno dopado para baterías de litio-azufre altamente estables.
En un documento de acceso abierto en la revista Nature Chemical Communications Chemistry, informan una capacidad de carga del 100% de las baterías de Li-S utilizando el material del cátodo con 500 ciclos de carga / descarga a tasas de carga de 0.5 C, 1 C, 2 C y 3 C, mediante láser ultravioleta pulsado, capaz de formar electrodos de grafeno dopado con azufre (S) y nitrógeno (N) con varias cargas de nanopartículas, como plata, platino, silicio y sulfuro de molibdeno a partir de una tinta orgánica especialmente formulada con varias micropartículas.
Con la nueva técnica de impresión, mediante láser ultravioleta pulsado, es posible emplear grafeno en el cátodo de las baterías de los coches eléctricos en sustitución del óxido de litio-cobalto. Así se elimina la inestabilidad de las baterías de Li-S elevando su capacidad específica y por lo tanto la autonomía del vehículo eléctrico en el que se implante.
Las baterías de litio-azufre son una posible alternativa a las actuales de ion-litio gracias a su alta densidad energética. Tienen una capacidad teórica específica muy alta, 1.675 mAh/g, y una densidad de energía teórica de 2.600 Wh/kg. Además, el azufre es muy abundante en la naturaleza y es ambientalmente inocuo. Lograr una alta densidad de energía volumétrica en una batería de Li-S es uno de los principales desafíos actuales.
Grafeno
En diversos estudios e investigaciones experimentales se ha buscado lograr el objetivo de alcanzar entre 550 y 600 Wh/kg de capacidad, que es tan solo un 20% de la capacidad teórica total del azufre.
Sin embargo, su uso práctico se ve obstaculizado por la mala conductividad del azufre, su disolución de los polisulfuros de litio y una lenta cinética rédox para la transferencia de electrones entre los electrodos, lo que se traduce en una baja estabilidad de los ciclos de carga y descarga, según informa el portal Híbridos y Eléctricos.
El factor clave del efecto «lanzadera» en la reacción electroquímica en el cátodo de azufre es el polisulfuro de litio soluble que induce esta baja estabilidad del ciclado y la pérdida de azufre cuando viaja por el electrolito.
El equipo de la Universidad de Manchester (Reino Unido) publica en la revista Nature Chemical Communications Chemistry, el proceso de desarrollo de un cátodo de grafeno para una batería de Li-S que mantiene la capacidad energética al 100% tras 500 ciclos de carga y descarga a tasas 0.5 C, 1 C, 2 C y 3 C,
El resultado es una estructura de grafeno porosa en la que se suprime la disolución de los polisulfuros de litio en el electrolito. El grafeno dopado con N/S inducido por láser logra reducir la resistencia a los electrolitos, la resistencia al contacto entre fases y la resistencia a la transferencia de carga, lo que acelera la salida de los electrones y el transporte de los iones de litio.
Fuente: El Periódico de la Energía,
Artículo de referencia: https://elperiodicodelaenergia.com/el-grafeno-estabiliza-las-baterias-de-litio-azufre-y-mejora-la-capacidad-y-autonomia-del-vehiculo-electrico/,
