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 informaron en Cartas de ACS Energy Han diseñado una batería de litio-azufre (Li-S) que cuenta con un cátodo de sulfuro de hierro mejorado. Un prototipo se mantiene muy estable durante más de 300 ciclos de carga y descarga, y otro proporciona energía incluso después de ser plegado o cortado.
Se ha sugerido el azufre como material para las baterías de iones de litio debido a su bajo coste y su potencial para retener más energía que los óxidos de litio y otros materiales utilizados en las versiones tradicionales basadas en iones. Para que las baterías de litio-azufre sean estables a altas temperaturas, los investigadores han propuesto anteriormente utilizar un electrolito a base de carbonato para separar los dos electrodos (un cátodo de sulfuro de hierro y un ánodo que contiene litio metálico). 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 rápidamente su capacidad. Liping Wang y sus colegas se preguntaron si podrían añadir una capa entre el cátodo y el electrolito para reducir esta corrosión sin reducir la funcionalidad y la capacidad de recarga.
El equipo recubrió cátodos de sulfuro de hierro con diferentes polímeros y descubrió en las pruebas de rendimiento electroquímico iniciales que el ácido poliacrílico (PAA) tenía el mejor rendimiento, ya que conservaba la capacidad de descarga del electrodo después de 300 ciclos de carga y descarga. A continuación, los investigadores incorporaron un cátodo de sulfuro de hierro recubierto de PAA en un diseño de batería prototipo, 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 tipo bolsa y tipo botón.
Después de más de 100 ciclos de carga y descarga, Wang y sus colegas no observaron ninguna pérdida sustancial de capacidad en la celda tipo bolsa. Experimentos adicionales mostraron que la celda tipo bolsa todavía funcionaba después de ser doblada y cortada por la mitad. La celda tipo botón retuvo el 72% de su capacidad después de 300 ciclos de carga y descarga. A continuación, 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 solo baterías de Li-S más seguras con una vida útil más larga, sino también baterías eficientes con otros sulfuros metálicos, según el equipo de Wang.
Los autores agradecen la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Ciencias Naturales de Sichuan, China, y el Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing.
