"Desbloqueando el futuro prometedor: Explorando los avances y el potencial de las baterías de litio-azufre"
Las baterías de iones de litio que se utilizan comercialmente se componen principalmente de cátodo, separador de ánodo y electrolito. Las baterías de iones de litio se instalan en teléfonos inteligentes, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos. Utilizan una solución de electrolito líquido.
A pesar de su uso a gran escala y las mejoras en la tecnología de baterías de iones de litio, también tienen inconvenientes familiares, como el sobrecalentamiento y los problemas de la cadena de suministro con las materias primas. Se están realizando investigaciones sobre esos problemas probando nuevos materiales en la construcción de baterías. Uno de estos materiales es el azufre, debido a su extrema abundancia en la naturaleza, un subproducto de la industria petrolera. El material también es rentable y tiene la capacidad de almacenar más energía que las baterías tradicionales basadas en iones de litio.
Se espera que el tamaño del mercado mundial de baterías basadas en azufre crezca con una CAGR del 17,69%, alcanzando los 2.699 millones de dólares estadounidenses en 2031 desde los 517,4 millones en 2021.
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Componentes de una batería–
Electrodos– El electrodo que libera electrones durante la descarga es un ánodo; el electrodo que absorbe los electrones es el cátodo. Almacenan litio. El electrolito transporta iones de litio cargados positivamente (es decir, un ion es una partícula cargada eléctricamente producida para dar un ion positivo o negativo ya sea eliminando o agregando electrones de un átomo neutro) desde el ánodo al cátodo y viceversa a través del separador. El movimiento de los iones de litio crea electrones libres en el ánodo, creando una carga que hace fluir la corriente eléctrica a través de un dispositivo que se está alimentando. Los electrodos son responsables del rendimiento básico de la batería.
Separador y electrolito– Estos dos determinan la seguridad de una batería. El separador actúa como una barrera física entre el cátodo y el ánodo, evitando el flujo directo de electrones entre ellos, bloqueando el flujo de electrones dentro de la batería, dejando que solo los iones pasen a través de ellos.
El electrolito transfiere iones (partículas portadoras de carga) de un lado a otro entre los dos electrodos de la batería, lo que hace que la batería se cargue y se descargue.
Desafío en el uso práctico de las baterías de litio-azufre
La carga de la batería de Li-S da como resultado un material de acumulación (polisulfuro) que luego fluye y se disuelve en el electrolito, causando su corrosión. Denominado por los investigadores como el efecto de transporte de polisulfuro, reduce la vida útil de la batería.
Para evitar el cierre del polisulfuro, los científicos al principio intentaron colocar una intercapa redox inactiva entre los electrodos. Sin embargo, terminó ocupando espacio adicional dentro de la batería, lo que redujo la capacidad de almacenamiento de la batería y no redujo adecuadamente el cierre. Posteriormente, los investigadores desarrollaron una intercapa activa porosa que contiene azufre en lugar de redox-inactiva (es decir, no experimenta reacciones similares a las del electrodo). Los resultados mostraron que la capacidad aumentó tres veces y las baterías con intercapa activa mantuvieron una alta capacidad durante más de 700 ciclos de carga y descarga.
Desarrollos recientes en el mercado de baterías basadas en azufre
Septiembre de 2022: NGK Insulators, Ltd. fue recompensada con un contrato para un sistema de sodio azufre de 11,4 MW/69,6 MWh. El sistema se implementará en la estación Tsu LNG en la prefectura de Mie, Japón.
Enero de 2022: Lyten Inc., y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos firmaron un acuerdo. Este acuerdo tiene como objetivo mejorar las baterías de litio-azufre para uso comercial y de seguridad nacional.
Las ventajas del litio-azufre-
Conclusión
Las baterías de iones de litio están alcanzando su avance tecnológico. Las baterías de Li-S han surgido como una solución a las limitaciones de las baterías tradicionales de iones de litio. Los investigadores están buscando resolver el desafío actual de la corta duración de la batería causada por el cierre de polisulfuro, mediante el empleo de electrolitos de estado sólido de sulfuro (SSE). Las baterías de Li-S tienen energía de alta densidad, seguridad mejorada, rentabilidad y el azufre utilizado en las baterías es un subproducto industrial.
Autor: Abhishek Saini
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