Las baterías de sodio-azufre podrán competir con las de ion-litio

Investigadores de la Universidad de Wollongong (UOW) han fabricado un nanomaterial que actúa como un cátodo superior para las baterías de sodio-azufre a temperatura ambiente, lo que las convierte en una opción más atractiva para el almacenamiento de energía a gran escala y competitivas frente a las baterías de ion-litio, según los resultados de la investigación que han sido publicados en_ Nature Communications._

Las baterías de sodio-azufre a temperatura ambiente son una propuesta atractiva para el almacenamiento de energía de próxima generación, que será necesaria para satisfacer la creciente demanda. Una batería superior de sodio-azufre a temperatura ambiente con alta densidad de energía y larga vida útil proporcionaría una tecnología competitiva y de bajo costo para el almacenamiento estacionario a gran escala, promoviendo así el cambio hacia la energía renovable.

Sin embargo, las baterías de sodio-azufre a temperatura ambiente actualmente sufren un desvanecimiento rápido de la capacidad y una baja capacidad reversible.

Los investigadores superaron este problema creando un nanomaterial (nanocristales de sulfuro de níquel implantados en nanotubos de carbono porosos dopados con nitrógeno) que mostraron un excelente rendimiento cuando se utilizaron como cátodos.

Los investigadores principales, Yunxiao Wang y el profesor asociado Shulei Chou, del Instituto de Materiales Superconductores y Electrónicos de UOW, dijeron que su grupo de investigación había estado trabajando en baterías de sodio-azufre a temperatura ambiente desde 2016. "Por ahora, las densidades de energía reales de las baterías de sodio-azufre están muy lejos de los valores teóricos", dijo Wang.

"Sus aplicaciones prácticas se ven obstaculizadas principalmente por el problemático cátodo de azufre debido a su naturaleza aislante y la cinética lenta redox, así como a la disolución y migración de los intermedios de reacción".

El equipo de investigación experimentó con varios materiales diferentes antes de su avance. El nuevo nanomaterial no solo ofrece un rendimiento superior, sino que también es adecuado para la producción a gran escala y, por lo tanto, para la comercialización.

El estudiante de doctorado, Zichao Yan, se dedicó a realizar los intrincados experimentos necesarios para este trabajo. "Probamos con muchos hosts carbono y finalmente encontramos que los nanocristales de sulfuro de níquel implantaron nanotubos de carbono porosos dopados con nitrógeno como hosts de azufre multifuncionales", dijo Yan.

“Descubrimos que la cadena principal continua de carbono dentro del host puede proporcionar rutas de difusión de iones cortas y una velocidad de transferencia rápida. Y los sitios de dopaje de nitrógeno y la superficie polar de sulfuro de níquel son capaces de mejorar la energía de absorción de los polisulfuros, lo que lleva a una fuerte actividad catalítica hacia la oxidación del polisulfuro.

"Esto indica que las baterías de sodio y azufre con este host de azufre podrían ofrecer una vida útil más larga y un alto rendimiento en la carga y descarga rápidas".

El siguiente paso, dijo el profesor Chou, fue aumentar la producción del material. “Todos nuestros documentos anteriores, incluido este, se centraron en cómo encontrar un host eficiente para la investigación a escala de laboratorio. El siguiente paso para nuestro grupo es llevar las baterías de sodio y azufre de escala de laboratorio a escala industrial, y hacer una aplicación real para este sistema de batería".