Azufre en cada poro: mejorando las baterías con nanopartículas de carbono

Desde los smartphones a las bicicletas eléctricas, el número de dispositivos móviles electrónicos crece día a día. Como resultado, ha aumentado la necesidad de crear baterías más pequeñas, ligeras y potentes. Habiendo llegado al límite el potencial de mejora de las baterías de litio, los expertos han enfocado sus esfuerzos hacia un nuevo y prometedor dispositivo, las baterías de litio-azufre, para lo cual han desarrollado nanopartículas porosas de carbono que pueden ser usadas por las moléculas de azufre para conseguir una mayor eficiencia.

En los prototipos de baterías de litio-azufre, los iones de litio son intercambiados entre los electrodos de litio y azufre-carbono. El azufre juega un rol especial en este sistema: bajo circunstancias óptimas, puede absorber dos iones de litio por átomo de azufre. Es por tanto, un excelente material para almacenar energía debido a su ligereza. Al mismo tiempo, es un pobre conductor, es decir, que los electrones solo puede ser transportados con gran dificultad durante la carga y la descarga. Para mejorar este diseño de batería, los investigadores del NIM se ha esforzado en generar fases de azufre con el mayor área de interfaz posible para la transferencia de los electrones por acoplamiento mediante materiales conductores con nanoestructuras. Con este fin, lo que se ha creado son nanopartículas porosas de carbono, de entre 3 y 6 nanómetros de anchura de poro, permitiendo una distribución equitativa del azufre. De esta manera, los átomos de azufre son capaces de aceptar iones de litio. Al mismo tiempo, están localizados más cerca de carbono conductivo.

En estas novedosas y altamente porosas nanopartículas de carbono, el azufre es muy accesible eléctricamente y está estabilizado, de manera que se puede desarrollar una gran capacidad inicial de 1200 mAh/g y una buena estabilidad de ciclo. La estructura de carbono reduce el conocido como problema de los polisulfuros. Estas se forman como producto intermedio de los procesos electroquímicos y puede tener impacto negativo en la carga y descarga de la batería.

Accidentalmente, los investigadores han establecido un record con este nuevo material: tiene el mayor volumen de poros internos (2.32 cm³/g) de todas las nanopartículas de carbono mesoporoso y una área de superficie extremadamente grande de 2445 m²/g. Esto se corresponde aproximadamente con un objeto del volumen de un terrón de azúcar y la superficie de diez canchas de tenis. Grandes áreas de superficie como esta podrían ser albergadas pronto dentro de las baterías.

Via Ludwig-Maximilians-Universität München