Desde teléfonos inteligentes hasta bicicletas eléctricas, el número de dispositivos electrónicos móviles crece constantemente en todo el mundo. Como resultado, hay una mayor necesidad de baterías pequeñas y livianas, pero poderoso. Como el potencial para la mejora adicional de las baterías de iones de litio está casi agotado, Los expertos ahora están recurriendo a un nuevo y prometedor dispositivo de almacenamiento de energía:las baterías de litio y azufre.
En un paso importante hacia el mayor desarrollo de este tipo de batería, un equipo dirigido por el profesor Thomas Bein de LMU Munich y Linda Nazar de la Universidad de Waterloo en Canadá ha desarrollado nanopartículas de carbono porosas que utilizan moléculas de azufre para lograr la mayor eficiencia posible.
En prototipos de la batería de litio-azufre, Los iones de litio se intercambian entre electrodos de litio y azufre-carbono. El azufre juega un papel especial en este sistema:En circunstancias óptimas, puede absorber dos iones de litio por átomo de azufre. Por tanto, es un excelente material de almacenamiento de energía debido a su bajo peso. Al mismo tiempo, el azufre es un mal conductor, lo que significa que los electrones solo pueden transportarse con gran dificultad durante la carga y descarga. Para mejorar el diseño de esta batería, los científicos de Nanosystems Initiative Munich (NIM) se esfuerzan por generar fases de azufre con la mayor área de interfaz posible para la transferencia de electrones acoplándolas con un material conductor nanoestructurado.
Para tal fin, Thomas Bein y su equipo en NIM desarrollaron por primera vez una red de nanopartículas de carbono porosas. Las nanopartículas tienen poros de 3 a 6 nanómetros de ancho, permitiendo que el azufre se distribuya uniformemente. De este modo, casi todos los átomos de azufre están disponibles para aceptar iones de litio. Al mismo tiempo, también se encuentran cerca del carbono conductor.
“El azufre es muy accesible eléctricamente en estas novedosas nanopartículas de carbono altamente porosas y está estabilizado para que podamos lograr una alta capacidad inicial de 1200 mAh / gy una buena estabilidad de ciclo, "explica Thomas Bein." Nuestros resultados subrayan la importancia de la nanomorfología para el desempeño de nuevos conceptos de almacenamiento de energía ".
La estructura de carbono también reduce el llamado problema de polisulfuro. Los polisulfuros se forman como productos intermedios de los procesos electroquímicos y pueden tener un impacto negativo en la carga y descarga de la batería. La red de carbono une los polisulfuros, sin embargo, hasta que se logre su conversión al sulfuro de dilitio deseado. Los científicos también pudieron recubrir el material de carbono con una fina capa de óxido de silicio que protege contra los polisulfuros sin reducir la conductividad.
De paso, los científicos también han establecido un récord con su nuevo material:según los últimos datos, su material tiene el mayor volumen de poros internos (2,32 cm3 / g) de todas las nanopartículas de carbono mesoporosas, y una superficie extremadamente grande de 2445 m2 / g. Esto corresponde aproximadamente a un objeto con el volumen de un terrón de azúcar y la superficie de diez canchas de tenis. Grandes superficies como esta pronto podrían ocultarse dentro de nuestras baterías.
