Los científicos de Singapur de NanoBio Lab (NBL) de A * STAR han desarrollado un enfoque novedoso para preparar cátodos de litio-azufre de próxima generación, lo que simplifica el proceso complicado y que suele llevar mucho tiempo para producirlos. Esto representa un paso prometedor hacia la comercialización de baterías de litio-azufre, y aborda la necesidad de la industria de un enfoque práctico para aumentar la producción de nuevos materiales que mejoren el rendimiento de la batería.

Si bien la batería de iones de litio es ampliamente reconocida como una tecnología avanzada que puede alimentar de manera eficiente los dispositivos de comunicación modernos, tiene inconvenientes como una capacidad de almacenamiento limitada y problemas de seguridad debido a su inestabilidad electroquímica inherente. Esto está configurado para cambiar con una nueva técnica simplificada desarrollada por el equipo de investigadores de NBL, en el desarrollo de cátodos de litio-azufre a partir de materiales económicos disponibles comercialmente. La alta densidad de energía teórica del azufre, el bajo costo y la abundancia contribuyen a la popularidad de los sistemas de baterías de litio-azufre como un posible reemplazo de las baterías de iones de litio.

Teóricamente Las baterías de litio-azufre son capaces de almacenar hasta 10 veces más energía que las de iones de litio, pero hasta la fecha no pueden sostener esto con la carga y descarga repetidas de la batería. El cátodo de litio-azufre de NBL demostró una excelente capacidad específica de hasta 1, 220 mAh / g, lo que significa que 1 gramo de este material podría almacenar una carga de 1, 220 mAh. A diferencia de, un cátodo de iones de litio típico tiene una capacidad de energía específica de 140 mAh / g. Además, El cátodo de NBL podría mantener su alta capacidad durante 200 ciclos de carga con una mínima pérdida de rendimiento. La clave para esto fue el enfoque único de dos pasos de NBL para preparar el cátodo.

Construyendo primero el anfitrión de carbono antes de agregar la fuente de azufre, los investigadores obtuvieron un nanomaterial poroso interconectado en 3-D. Este enfoque evita que el andamio de carbono de NBL colapse cuando la batería está cargada, a diferencia de los de los cátodos preparados convencionalmente. Este último colapsa durante el ciclo inicial de carga y descarga, resultando en un cambio estructural. Como tal, los cátodos convencionales se vuelven muy densos y compactos con un área de superficie más baja y poros más pequeños, resultando en un rendimiento de la batería más bajo que el andamio de carbono de NBL. De hecho, El cátodo de NBL ofrecía un 48% más de capacidad específica y un 26% menos de capacidad de desvanecimiento que los cátodos de azufre preparados convencionalmente. Cuando se agregó más azufre al material, El cátodo de NBL logró una alta capacidad de área práctica de 4 mAh por cm ² .

"Hemos demostrado que la técnica de preparación de los cátodos de azufre tiene una fuerte influencia en el desempeño electroquímico de las baterías de litio-azufre, "dijo el profesor Jackie Y. Ying, quien lidera el equipo de investigación de NBL. "Nuestro método es escalable industrialmente y anticipamos que tendrá un impacto significativo en el diseño futuro de prácticas baterías de litio y azufre".

Los investigadores de NBL están trabajando en diseñar y optimizar no solo el cátodo, pero también el ánodo, separador y electrolito mediante ingeniería de nanomateriales. El objetivo es desarrollar un sistema de celda completa para baterías de litio-azufre que tenga una capacidad superior de almacenamiento de energía. en comparación con las baterías de iones de litio convencionales. Un nuevo sistema de batería de este tipo puede durar mucho más que las baterías actuales, y sería de gran interés para dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía en red.