¿Cuándo podemos esperar recorrer toda Alemania en un coche eléctrico sin tener que recargar la batería? Químicos del NIM Cluster en LMU y en la Universidad de Waterloo en Ontario, Canadá, ahora han sintetizado un nuevo material que podría mostrar el camino a seguir hacia las baterías de litio-azufre de última generación.
Que el futuro del tráfico automotor pertenezca o no al automóvil eléctrico que ronronea suavemente depende en gran medida del desarrollo de sus baterías. Actualmente, la industria está depositando la mayor parte de sus esperanzas en las baterías de litio-azufre, que tienen una capacidad de almacenamiento muy alta. Es más, gracias a la inclusión de átomos de azufre, Son más baratos de fabricar y menos tóxicos que los paquetes de energía de iones de litio convencionales.
Sin embargo, la batería de litio-azufre todavía presenta varios desafíos importantes que deben resolverse hasta que se pueda integrar en los automóviles. Por ejemplo, Es necesario aumentar tanto la velocidad como el número de posibles ciclos de carga y descarga antes de que la batería de litio-azufre pueda convertirse en una alternativa realista a las baterías de iones de litio.
Muchos poros para el azufre
Los químicos Profesor Thomas Bein (LMU), Coordinador de la División de Conversión de Energía de la Nanosystems Initiative Munich, Profesora Linda Nazar (Universidad de Waterloo, Waterloo Institute of Nanotechology) y sus colegas ahora han logrado producir un nuevo tipo de nanofibra, cuya estructura altamente ordenada y porosa le confiere una relación superficie-volumen extraordinariamente alta. Por lo tanto, una muestra del nuevo material del tamaño de un terrón de azúcar presenta una superficie equivalente a la de más de siete pistas de tenis.
"La alta relación superficie-volumen, y un alto volumen de poros es importante porque permite que el azufre se una al electrodo de una manera finamente dividida, con carga relativamente alta. Junto con su fácil accesibilidad, esto mejora la eficiencia de los procesos electroquímicos que ocurren en el curso de los ciclos de carga y descarga. Y las velocidades de las reacciones clave en la interfaz electrodo-electrolito de azufre, que involucran tanto a electrones como a iones, dependen en gran medida de la superficie total disponible, "como Benjamin Mandlmeier, un postdoctorado en Bein's Institute y primer coautor del nuevo estudio, explica.
La receta secreta
Una receta novedosa y un modo de síntesis inteligentemente diseñado son los factores clave que determinan las propiedades de los nuevos materiales. Para sintetizar las fibras de carbono, los químicos primero preparan un poroso, plantilla tubular de sílice, a partir de los disponibles comercialmente, pero fibras no porosas. Luego, esta plantilla se llena con una mezcla especial de carbono, dióxido de silicio y tensioactivos, que luego se calienta a 900 ° C. Finalmente, la plantilla y el SiO2 se eliminan mediante un proceso de grabado. Durante el procedimiento, los nanotubos de carbono, y por lo tanto el tamaño de los poros, se encogen en menor medida de lo que lo harían en ausencia de la plantilla de confinamiento, y las propias fibras son correspondientemente más estables.
"Los materiales nanoestructurados tienen un gran potencial para la conversión y el almacenamiento eficientes de energía eléctrica, ", dice Thomas Bein." Nosotros, en el NIM Cluster, continuaremos colaborando estrechamente con nuestros colegas de la red Bavarian SolTech Network para explorar y explotar las propiedades de tales estructuras y sus aplicaciones prácticas ".
