Baterías de Litio-Azufre (Stanford)

Investigadores de la Universidad de Stanford han presentado una batería de Litio-Azufre que promete una mayor duración, gracias a su alta densidad de carga. A lo largo de los últimos años se han realizado interesantes investigaciones en el campo de las baterías, pero dichos adelantos no se han convertido en productos disponibles comercialmente. ¿Serán las baterías de Litio-Azufre las que por fin reemplacen a las de iones de litio? Es posible.

En los últimos 5 o 10 años hemos escuchado decenas de veces frases cómo “nuestras nuevas baterías basadas en [aquí viene la descripción de un material revolucionario] reemplazarán a las actuales gracias a su [y aquí una lista de sus increíbles características].” Sin embargo, salvo poquísimas excepciones, a la hora de comprar un gadget nuevo, este sigue funcionado gracias a las viejas,  queridas,  convencionales (y a veces explosivas) baterías de de litio-ion. La última noticia en este campo proviene de la Universidad de Stanford, donde un grupo de investigadores ha desarrollado un electrodo que puede utilizarse para crear baterías basadas en una combinación Litio-Azufre que promete una mayor densidad de energía almacenada. Al igual que otros prototipos, aún se encuentran en la etapa experimental y hay que solucionar varios problemas antes que lleguen al interior de tu móvil o netbook. Uno de los más graves es el relacionado con el deterioro de su ciclo vital, ya que luego de haber sido recargada 4 o 5 veces, la batería pierde hasta un 30% de su capacidad de carga. Sin embargo, sus creadores se muestran confiados y creen que podrán resolver este inconveniente, y utilizar su invento incluso en vehículos híbridos y eléctricos.

Todo comenzó en 2007, cuando un grupo de científicos de la Universidad de Stanford, dirigidos por el profesor de ciencias de los materiales Yi Cui, desarrolló un electrodo basado en nanocables de silicio capaz de contener hasta 10 veces la carga de las baterías de Litio-Ion existentes. Pero para poder convertir este descubrimiento en una batería hecha y derecha, hacia falta desarrollar también un cátodo que fuese capaz de almacenar electrones con densidades igualmente altas. Luego de casi cuatro años de trabajo, el mismo equipo ha dado con la respuesta: un cátodo de Litio-Azufre que posee 10 veces más densidad de energía que un cátodo de Litio-Ion convencional. Juntos, el ánodo y el cátodo del equipo de Cui permiten construir baterías capaces de durar hasta cuatro veces más que las de Litio-Ion . Las nuevas baterías, que además son más seguras que las antiguas, no pueden alcanzar el limite teórico de almacenaje 10 veces mayor a las convencionales, ya que su cátodo tiene una conductividad significativamente más baja que los metales de litio utilizados en las baterías tradicionales.

A pesar de este pequeño inconveniente que no le permite convertirse en la batería más eficiente de los últimos tiempos, sus creadores aseguran que gracias al uso de litio sulfuro, una forma no metálica de litio como reemplazo del metal de litio, han solucionado un problema de seguridad importante que aqueja a las baterías de litio-metal. Parece que durante el uso normal, las baterías basadas en litio-metal pueden desarrollar estructuras ramificadas capaces de penetrar la fina capa de polímero que separa sus electrodos. Cuando esto ocurre, se produce un cortocircuito en el interior de la batería y puede acabar explotando. Utilizando litio-sulfuro, esta ramificación no tiene lugar y las baterías no estallan. Al combinar sus dos descubrimientos, el equipo logró crear baterías con una descarga inicial de 630 vatios-hora por kilogramo. ¿Que significa esto? Que poseen una densidad de energía aproximadamente un 80 por ciento mayor que las baterías de litio-ion comercialmente disponibles. Teóricamente, esto incluso podría mejorarse mediante la optimización de los electrodos de la batería, señala Cui en un estudio publicado el mes pasado en Nano Letters.

Como ocurre a menudo con los prototipos, la nueva batería posee una serie de problemas significativos que impiden por el momento su comercialización. En primer lugar,  después de sólo cinco ciclos de descarga y carga, sus células pierden un tercio de la capacidad de almacenaje de energía. En segundo lugar, dejan de funcionar luego de 40 ó 50 ciclos de carga/descarga. Estas calamidades que atentan contra la posibilidad de comercializarlas se debe  a una serie de polisulfuros que se forman durante las descargas y las cargas normales. Al disolverse en el electrolito líquido de la batería, los polisulfuros “envenenan” su interior, bloqueando las descargas y cargas futuras. “Esto es un problema enorme,” afirma Cui. “Estamos realizando grandes progresos, pero verdaderamente aún no hemos llegado a ese punto con la tecnología actual en cuanto al ciclo de vida.” Sin embargo, se muestra optimista sobre el futuro. El haber identificado el problema es el primer paso en conseguir una solución. Si lo logran, veremos baterías de Litio-Azufre en todas partes. Si no, se convertirán en una promesa más que nunca se cumplió.