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Un equipo de cient\u00edficos chinos ha resuelto el problema de la r\u00e1pida degradaci\u00f3n de las bater\u00edas de litio-azufre acelerando a reacci\u00f3n redox que ocurre durante el proceso de descarga, cuando el azufre se reduce a polisulfuros de litio disueltos y luego a sulfuro de litio s\u00f3lido, convirtiendo as\u00ed la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Un equipo de cient\u00edficos pertenecientes a\u00a0dos universidades chinas<\/strong>\u00a0ha encontrado la soluci\u00f3n para mejorar la reacci\u00f3n qu\u00edmica clave que se produce en las\u00a0bater\u00edas de litio-azufre, responsable de su r\u00e1pida degradaci\u00f3n. El uso de\u00a0mediadores que trabajan como acelerante de la reacci\u00f3n redox<\/strong>\u00a0en estas bater\u00edas podr\u00eda resolver el problema clave de esta tecnolog\u00eda y convertirlas en\u00a0un posible remplazo<\/strong>\u00a0de las\u00a0bater\u00edas de litio, a las que mejoran significativamente en densidad energ\u00e9tica.<\/p>\n

Hasta ahora, las bater\u00edas de iones de litio han logrado satisfacer las necesidades de almacenamiento de energ\u00eda de los dispositivos m\u00f3viles y de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos durante aproximadamente tres d\u00e9cadas. Sin embargo,\u00a0se est\u00e1n\u00a0acercando a su l\u00edmite te\u00f3rico<\/strong>\u00a0en cuanto a densidad de energ\u00eda.<\/strong>\u00a0Mientras, los dispositivos de almacenamiento de energ\u00eda de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos exigen cada vez mayores capacidades, mayores autonom\u00edas y precios contenidos, lo que exige elevar la densidad de energ\u00eda utilizando materiales abundantes en la naturaleza.<\/p>\n

La vida \u00fatil de una bater\u00eda se mide por la\u00a0cantidad de ciclos de carga y descarga<\/strong>\u00a0que es capaz de soportar sin que se aprecie una degradaci\u00f3n excesiva en su capacidad energ\u00e9tica. En el caso de las bater\u00edas de litio-azufre hay algunas investigaciones que afirman haber logrado varios cientos de ciclos, pero todas ellas a expensas de\u00a0reducir otros par\u00e1metros fundamentales<\/strong>\u00a0como la capacidad y la potencia de recarga, la resiliencia e incluso la seguridad. El desaf\u00edo para los investigadores es lograr satisfacer las necesidades de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico cumpliendo con cada uno de estos par\u00e1metros e incluyendo el coste.<\/p>\n

Con un potencial te\u00f3rico de alcanzar densidades energ\u00e9ticas de hasta\u00a02.600 Wh\/kg<\/strong>, las bater\u00edas de litio \u2013azufre son una de las alternativas que los cient\u00edficos est\u00e1n estudiando con mayor intensidad. Poseen una qu\u00edmica atractiva para la industria puesto que el material activo del c\u00e1todo, el azufre, es muy abundante en la naturaleza, lo que permite controlar el coste de producci\u00f3n y aumenta la sensibilidad ecol\u00f3gica de este componente.<\/p>\n

El gran h\u00e1ndicap de las bater\u00edas de litio-azufre es su\u00a0r\u00e1pida degradaci\u00f3n\u00a0durante los ciclos de carga y descarga,<\/strong>\u00a0lo que se traduce en\u00a0una escasa vida \u00fatil.\u00a0A diferencia de las de iones de litio, la reacci\u00f3n qu\u00edmica que se produce en el interior de las bater\u00edas de azufre conduce a la acumulaci\u00f3n de sulfuro de litio s\u00f3lido y polisulfuro de litio que se traduce directamente en\u00a0una mayor degradaci\u00f3n de la bater\u00eda<\/strong>\u00a0y por lo tanto en una vida \u00fatil muy limitada.<\/p>\n

La causa responsable de que esto se produzca\u00a0es la lenta reacci\u00f3n de oxidaci\u00f3n-reducci\u00f3n (redox) que se produce en su interior<\/strong>. Esta reacci\u00f3n es parte del proceso de conversi\u00f3n de la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica. Esta caracter\u00edstica ha impedido que la tecnolog\u00eda alcance su potencial en cuanto a densidad de energ\u00eda te\u00f3rica, mucho mayor que la de las bater\u00edas de iones de litio, y por lo tanto que alcancen un rendimiento similar o superior a las qu\u00edmicas de las bater\u00edas que se utilizan actualmente.<\/p>\n

La lenta reacci\u00f3n redox no es precisamente un obst\u00e1culo peque\u00f1o que salvar.\u00a0Esto se debe a que la\u00a0alta densidad de energ\u00eda te\u00f3rica en las bater\u00edas de litio-azufre se origina en las reacciones entre el c\u00e1todo de azufre y el \u00e1nodo de litio. La lentitud de la reacci\u00f3n ocurre espec\u00edficamente\u00a0durante el proceso de descarga<\/strong>, cuando el azufre se reduce a polisulfuros de litio disueltos y luego a sulfuro de litio s\u00f3lido, convirtiendo as\u00ed la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n

Sobre esta reacci\u00f3n ha trabajado un equipo de investigadores pertenecientes a dos universidades chinas. Los resultados han sido publicados en\u00a0un art\u00edculo de la revista\u00a0Nano Researc<\/em>h<\/em>.<\/p>\n

Los investigadores creen que este problema se eliminar\u00eda si el dispositivo se sometiera al mismo nivel de estr\u00e9s que requieren las aplicaciones de alta densidad de energ\u00eda. Para resolver el problema, dise\u00f1aron una variedad de aditivos \u201cpromotores\u201d, ya sea anfitriones de azufre o materiales de capa intermedia en las bater\u00edas de litio-azufre, para acelerar la cin\u00e9tica de la bater\u00eda y, por lo tanto, mejorar sus reacciones.<\/p>\n

Aun as\u00ed, no es suficiente para evitar la disminuci\u00f3n gradual del rendimiento de la bater\u00eda debido a los dep\u00f3sitos s\u00f3lidos de sulfuro de litio que se acumulan en los puntos electrocatal\u00edticos activos, seg\u00fan los investigadores.<\/p>\n

Ahondando m\u00e1s en sus investigaciones, el equipo descubri\u00f3 que los mediadores redox solubles<\/strong>\u00a0son efectivos para promover la cin\u00e9tica al reducir u oxidar qu\u00edmicamente los polisulfuros de litio y luego regenerarlos en la superficie del electrodo. Inicialmente, demostraron que el uso de estos mediadores redox es un mecanismo efectivo para acelerar la lenta cin\u00e9tica espec\u00edfica en las\u00a0pilas de bot\u00f3n o tipo bot\u00f3n, las pilas peque\u00f1as y planas\u00a0<\/strong>que se usan en dispositivos como aud\u00edfonos, llaves de autom\u00f3viles o implantes m\u00e9dicos.El siguiente paso fue\u00a0encontrar un mediador redox que funcionara en las bater\u00edas de litio formadas de celda tipo bolsa<\/strong>, que se pueden usar en aplicaciones de mayor potencia, como es el caso de la industria del autom\u00f3vil.\u00a0Para lograr esto, los investigadores dise\u00f1aron un mediador redox utilizando una mol\u00e9cula org\u00e1nica llamada 5,7,12,14-pentacenetetrona, o PT, para promover la cin\u00e9tica redox de azufre en c\u00e9lulas de bolsa de litio-azufre de alta densidad energ\u00e9tica.<\/p>\n

\u201cConcretamente, el mediador redox PT proporciona un bypass qu\u00edmico para la reducci\u00f3n de polisulfuro de litio a sulfuro de litio, lo que reduce la resistencia a la reacci\u00f3n y mejora la capacidad de deposici\u00f3n\u201d, explic\u00f3 Bo-Quan Li, investigador del Instituto de Tecnolog\u00eda de Beijing, en un comunicado de prensa.<\/p>\n

Demostrar que podr\u00edan encontrar una manera de mejorar la reacci\u00f3n redox en una bater\u00eda de alta densidad de energ\u00eda lleva a los cient\u00edficos\u00a0un paso m\u00e1s cerca del desarrollo de bater\u00edas de litio-azufre que pueden alcanzar su potencial te\u00f3rico<\/strong>\u00a0en aplicaciones que requieren una alta demanda de potencia.<\/p>\n

El siguiente paso<\/strong>\u00a0de la investigaci\u00f3n es desarrollar mediadores redox m\u00e1s avanzados con el objetivo final de lograr \u00abbater\u00edas de litio-azufre de alta densidad de energ\u00eda y ciclo largo con bajos costes y alta seguridad\u00bb para aplicaciones como veh\u00edculos a\u00e9reos, incluidas naves espaciales, explica Li.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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