Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Adelaida ha diseñado un catalizador de carbono y cobalto-zinc que, utilizado en baterías de litio-azufre (Li-S), permite una carga muy rápida, así como una mejora del rendimiento de las mismas.
El profesor Shizhang Qiao, catedrático de nanotecnología de la universidad, afirmó que el avance tiene el potencial de revolucionar las tecnologías de almacenamiento de energía y avanzar en el desarrollo de sistemas de baterías de alto rendimiento para diversas aplicaciones.
“Nuestra investigación muestra un avance significativo, que permite a las baterías de litio-azufre alcanzar la carga/descarga completa en menos de cinco minutos”, dijo, señalando que cuando el electrocatalizador se utiliza en baterías Li-S, la batería resultante “alcanza una excepcional relación potencia-peso”.
La tecnología de las baterías Li-S goza de gran popularidad entre investigadores y desarrolladores comerciales, ya que la combinación de litio metálico y azufre puede proporcionar más energía por gramo que las baterías de iones de litio que dominan actualmente el sector del almacenamiento de energía.
La gran potencia de estas baterías las hace idóneas para aplicaciones que requieren una carga y descarga rápidas, ofreciendo un mayor rendimiento y fiabilidad tanto para la electrónica de consumo como para soluciones de almacenamiento de energía a gran escala en aplicaciones de red.
Sin embargo, esta tecnología tiene sus limitaciones. Por lo general, las baterías Li-S sufren de bajas tasas de carga-descarga, necesitando normalmente varias horas -por lo general de una a 10 horas- para un solo ciclo completo de carga-descarga.
Para solucionar este problema, el equipo de la Universidad de Adelaida examinó la reacción de reducción del azufre (SRR, por sus siglas en inglés), que es el proceso fundamental que rige la velocidad de carga-descarga de las baterías de Li-S.
“Investigamos varios electrocatalizadores de metales de transición basados en carbono, como hierro, cobalto, níquel, cobre y zinc, durante la SRR”, explica Qiao. “Las velocidades de reacción aumentaban con mayores concentraciones de polisulfuro, ya que éste sirve como intermediario reactivo durante la SRR”.
Finalmente, el equipo optó por un electrocatalizador nanocompuesto formado por un material de carbono y clústeres de cobalto-zinc (CoZn).
El estudio del equipo, “Developing high-power Li||S batteries via transition metal/carbon nanocomposite electrocatalyst engineering” (Desarrollo de baterías de Li||S de alta potencia mediante ingeniería de electrocatalizadores de nanocompuestos de carbono y metales de transición), que se publica en Nature Nanotechnology, revela que cuando el electrocatalizador se utilizó en un electrodo positivo a base de azufre, la batería Li-S correspondiente pudo funcionar durante 1.000 ciclos a 8 C. La batería también demostró una retención de la capacidad de descarga de aproximadamente el 75%, lo que corresponde a una potencia específica inicial de 26.120 W kg.
Según Qiao, la gran potencia de estas baterías las hace idóneas para aplicaciones que requieran una carga y descarga rápidas, ofreciendo un mayor rendimiento y fiabilidad tanto para la electrónica de consumo como para soluciones de almacenamiento de energía a gran escala en aplicaciones de red.
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