Ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos

La posibilidad de producir baterías con gran capacidad de almacenamiento y alta densidad energética es de enorme importancia para la ciencia y la tecnología. Un ejemplo es la celda de Li-S, cuya densidad energética es mayor que la de las celdas convencionales de ión Li y cuyo coste es menor. A pesar de los importantes avances, la implementación a gran escala aún supone importantes desafíos. Por ejemplo, la baja conductividad intrínseca del azufre y las moléculas no deseadas de polisulfuro producidas por la desintegración del cátodo, que se disuelven en el líquido electrolito de la batería.

El objetivo del proyecto financiado por la Unión Europea «Advanced European lithium sulphur cells for automotive applications» (EUROLIS) es estabilizar los cátodos de Li-S con fuentes de polisulfuro con superficies modificadas. El sistema propone una gran área de superficie que permitiría la baja adsorción de los intermediarios de los polisulfuros y la desorción reversible. Esto supone la utilización de todo el material activo.

Para comprender mejor el efecto del área de superficie y de las interacciones entre los compuestos del cátodo a base de azufre y el electrolito, es necesario aplicar técnicas de caracterización fiables. EUROLIS ha diseñado algunas herramientas in situ y ex situ para analizar las baterías de Li-S en diferentes niveles de carga y descarga. Esto ha permitido comprender mejor las propiedades electroquímicas de las baterías de Li-S. EUROLIS utilizó estas herramientas para monitorizar con eficacia la formación, difusión o migración de polisulfuro en diferentes sitios de la batería de Li-S.

Podrían utilizarse la espectroscopia en el rango ultravioleta y visible y las celdas de Swagelok con cuatro electrodos modificados para determinar la cantidad de polisulfuros en el separador y para distinguir los diferentes tipos de polisulfuros. Las entidades asociadas han utilizado también otra herramienta de espectroscopia, denominada espectroscopia de absorción de rayos X del borde K del azufre para determinar cualitativa y cuantitativamente los polisulfuros presentes en el cátodo.

Se define una composición de electrodo que permita maximizar la carga de azufre en el electrodo positivo. Se combinaron los separadores, el litio y el líquido del electrolito para preparar doce prototipos de celdas con la configuración estándar. Otra tarea del proyecto fue comparar las tecnologías alternativas de Li-S. En particular, se analizaron las baterías en estado sólido o de polímeros pues ambas pueden ser eficaces para evitar la migración de polisulfuros.

Las actividades de EUROLIS contribuyen significativamente al desarrollo de la experiencia y el conocimiento necesarios para la producción de baterías de Li-S. Las actividades de difusión incluyen el sitio web del proyecto, las publicaciones en revistas científicas con comité de lectura y la participación en conferencias.