Las baterías de litio-azufre se consideran uno de los candidatos más prometedores para la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de energía. Tienen una densidad de energía gravimétrica teórica que es cinco veces mayor que la de las mejores baterías de iones de litio disponibles actualmente. E incluso funcionan a temperaturas bajo cero de hasta -50 ° C. Además, El azufre es económico y ecológico.

Sin embargo, su capacidad hasta ahora ha caído drásticamente con cada ciclo de carga-descarga, de modo que dichas baterías aún no sean de larga duración. La pérdida de capacidad es causada por complicados procesos de reacción en los electrodos dentro de la celda de la batería. Por lo tanto, es particularmente importante comprender exactamente cómo precipitan y disuelven los productos de carga (azufre) y descarga (sulfuro de litio). Si bien el azufre se precipita macroscópicamente y, por lo tanto, se presta al examen mediante técnicas de imagen o difracción de rayos X durante el ciclo, El sulfuro de litio es difícil de detectar debido a su tamaño de partícula inferior a 10 nm.

Ahora, por primera vez, las investigaciones con la fuente de neutrones BER II en el HZB han proporcionado información sobre esto. El Dr. Sebastian Risse usó una celda de medición que desarrolló para iluminar baterías de litio-azufre con neutrones durante los ciclos de carga y descarga (operando) y simultáneamente realizó mediciones adicionales con espectroscopía de impedancia.

Esto le permitió a él y a su equipo analizar la disolución y precipitación del sulfuro de litio con extrema precisión durante diez ciclos de descarga / carga. Dado que los neutrones interactúan fuertemente con el deuterio (hidrógeno pesado), los investigadores utilizaron un electrolito deuterado en la celda de la batería para hacer visibles los productos sólidos (azufre y sulfuro de litio).

Su conclusión:"Observamos que la precipitación de sulfuro de litio y azufre no ocurre dentro de los electrodos de carbono microporoso, sino en la superficie exterior de las fibras de carbono, ", dice Risse. Estos resultados proporcionan una guía valiosa para el desarrollo de mejores electrodos de batería.