El prototipo de batería de litio azufre desarrollado por los científicos de la Universidad de Cambridge está inspirada en la anatomía humana. Es capaz de ofrecer una densidad de energía diez veces superior a la de iones de litio.
De forma muy básica el problema más importante que se encuentran los investigadores que trabajan con este tipo de baterías es la inestabilidad del cátodo de azufre debido al mecanismo químico del transporte del azufre que se disuelve con mucha facilidad en este proceso. Influyen además otros factores como la mala conductividad y las variaciones de volumen.
Las baterías de litio-azufre ofrecen una densidad energética teórica de 2.600 Wh/kg, diez veces la de las baterías de iones de litio actuales, que están entre 130 y 220 Wh/kg. Además de esta característica también destaca otras importantes propiedades como la tolerancia a la sobrecarga y la ausencia de efecto memoria.
Funcionamiento químico de la batería de litio azufre
Cuando una batería de litio-azufre se descarga, el azufre del cátodo absorbe el litio del ánodo. Esta interacción hace que las moléculas de azufre de transformen en estructuras en forma de cadenas llamadas poli-sulfuros.
Tras numerosos ciclos de carga-descarga, la reacción comienza a degradar el cátodo, con el desprendimiento de los poli-sulfuros, que entran en el electrolito de la batería y se unen a los dos electrodos. Cuando esto sucede, la batería comienza a degradarse y pierde su material activo.
Biomimetismo: la batería de litio azufre imita el intestino humano
Una nanoestructura que imita el comportamiento de las vellosidades del intestino humano
El intestino humano está lleno de pequeñas protuberancias llamadas vellosidades, que absorben los nutrientes durante la digestión. Las vellosidades aumentan 30 veces la superficie de los intestinos.
Los científicos han desarrollado un nanoestructura compuesta por óxidos de zinc que se asemeja y actúa como las vellosidades intestinales. Estas ‘vellosidades prototipo’ absorben los polisulfuros en el electrolito, lo que frena el proceso de degradación de la celda de litio-azufre.
En las pruebas, después de 200 ciclos de carga-descarga, la nanoestructura prototipo perdió solamente el 0,05% de capacidad media por ciclo, lo que supone una tasa de estabilidad similar a la del ion-litio que oscila entre 0,025 y 0,048 % de pérdida de capacidad media por ciclo.
