Baterías de Litio-Azufre

Introducción En la Universidad de Waterloo se están realizando investigaciones para desarrollar baterías de litio-azufre de bajo costo que tendrían una capacidad de almacenamiento de tres a cinco veces superior a las actuales baterías de iones de litio.

Ventajas/Inconvenientes Las baterías de litio-azufre, que en potencia pueden almacenar mucha más energía que las baterías de litio-ion, siempre han resultado ser demasiado costosas, poco seguras y poco fiables como para ser producidas a nivel comercial. Ya se ha logrado desarrollar un prototipo de células de batería de litio-azufre. “Si se compara con las tecnologías actuales utilizadas en los vehículos eléctricos, el objetivo es incrementar la distancia de conducción entre 5 y 10 veces más,

Las baterías de litio-azufre tienen la capacidad de reducir significativamente el tamaño de las baterías, ya que poseen una mayor densidad de energía en comparación a las baterias de litio. El azufre es un material mucho más económico y eso posibilita el bajo costo, sumado a la larga duración de baterías recargables. Esta sería, exactamente, el tipo de batería la energía necesaria para el almacenamiento y el transporte, economizando energía gracias a la baja emisión de carbono.

Uno de los problemas principales es que el azufre es un material aislante, lo que hace difícil que los electrones y los iones se muevan de dentro a afuera. Por tanto, aunque en teoría cada átomo de azufre sea capaz de albergar dos iones de litio, en realidad sólo los átomos de azufre que se encuentran más cercanos a la superficie del material son los que acaban aceptando los iones de litio. Otro problema es que el azufre se une a los iones de litio, lo que acaba formando sulfuro de dilitio, y forma una serie de productos intermedios llamados polisulfuros. Dichos polisulfuros se disuelven en el líquido de electrolito y pueden acabar asentándose en otras partes dentro de la batería, bloqueando las cargas y las descargas. Esto hace que la batería pueda dejar de funcionar del todo después de apenas unas docenas de ciclos.

Se afirma que las baterías actuales de la compañía pueden soportar 50 ciclos, y que posee un “plan extremadamente detallado” para alcanzar los 1.000 ciclos. (Usando paquetes de batería que otorguen una autonomía de 300 millas, o 482,8 kilómetros.) Los tubos de carbono también ayudaron a resolver el problema de los polisulfuros, que pueden acabar con la vida de una célula de forma prematura. Los tubos de carbono lograron mantener a los polisulfuros en el mismo lugar hasta que finalizan su transformación en sulfuro de dilitio, lo cual hace que la batería no se acabe envenenando. Una batería de litio-azufre (sulfuro) de peso similar para un vehículo podría ampliarse y permitiría un uso más flexible de la electricidad. O, con el aumento de la densidad de energía disponible, un vehículo de gama similar podría volverse mucho más rápido y, a la vez, estaría utilizando una batería de litio-azufre mucho más pequeña.

Composición Las baterías de litio-azufre tienen un electrodo hecho de litio y otro hecho de azufre que normalmente se emparejan mediante el uso de carbono. La carga y descarga de la batería se realiza a través del movimiento de los iones de litio entre los dos electrodos. La capacidad de las baterías de litio-azufre es mayor que las de las baterías de litio-ion debido a la forma en que los iones se asimilan en los electrodos.

Es más, el electrodo de metal de litio posee muchos riesgos a nivel de seguridad. Por ejemplo, al usarse el electrodo de litio desarrolla unas estructuras parecidas a ramificaciones que pueden incrementar la impedancia de la célula, haciendo que se caliente. Finalmente estas estructuras pueden provocar cortocircuitos. Si la batería se calienta, el metal puede fundirse. Si el litio fundido se filtra fuera de la célula y entra en contacto con el agua, puede acabar provocando un incendio. El electrolito de la batería también puede acabar en llamas.