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| Photo by Roberto Sorin on Unsplash |
Las baterías recargables de magnesio, en las que se utiliza el metal Magnesio de
alta capacidad como material anódico, son candidatas prometedoras para las
baterías de próxima generación debido a su densidad energética, seguridad y
coste. Sin embargo, la falta de materiales catódicos de alto rendimiento
impide su desarrollo.
Al igual que sus homólogas de iones de litio,
los óxidos de metales de transición son los materiales catódicos básicos de
las baterías recargables de magnesio. Sin embargo, la lenta difusión de los iones de Magnesio en el interior de
los óxidos plantea un grave problema. Para superarlo, algunos investigadores
han explorado materiales basados en el azufre. Pero los cátodos basados en el
azufre para las baterías recargables de magnesio presentan graves limitaciones: baja conductividad
electrónica, lenta difusión del Magnesioen los compuestos sólidos de Mg-S y
disolubilidad de los polisulfuros en los electrolitos, lo que da lugar a una
capacidad de baja velocidad y escasa ciclabilidad.
Ahora, un equipo
de investigación en el que participan el Dr. Shimokawa y el profesor Ichitsubo
de la Universidad de Tohoku ha desarrollado cátodos compuestos de
azufre/sulfuro líquidos que permiten obtener baterías de magnesio de alta
velocidad. Su trabajo se ha publicado en el Journal of Materials Chemistry
A.
Los materiales compuestos de azufre/sulfuro líquido pueden
fabricarse espontáneamente mediante la oxidación electroquímica de sulfuros
metálicos, como el sulfuro de hierro, en un electrolito líquido iónico a 150.
El material compuesto mostró un alto rendimiento en cuanto a capacidad,
potencial, ciclabilidad y capacidad de velocidad.
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| Ilustración esquemática que muestra el concepto de este trabajo. Los materiales compuestos de azufre/sulfuro fabricados por oxidación electroquímica de sulfuros metálicos pueden funcionar como materiales catódicos de alto rendimiento para baterías recargables de magnesio. Crédito: Kohei Shimokawa |
Los investigadores lograron una capacidad de descarga de ~900 mAh/g a una alta
densidad de corriente de 1246 mA/g basada en la masa de azufre activo. Además,
revelaron que el potencial de descarga mejoraba al utilizar azufre no
equilibrado formado por procesos de carga rápida.
Este material
permitió un rendimiento estable del cátodo a 150 durante más de 50 ciclos.
Esta alta ciclabilidad podría atribuirse a los siguientes puntos: alta
reversibilidad estructural del material activo en estado líquido, baja
solubilidad de los polisulfuros en el electrolito líquido iónico y alta
proporción de utilización del azufre debido a su adhesión a las partículas de
sulfuro conductoras que forman una morfología porosa durante la síntesis de
los materiales compuestos.
A pesar de los avances de los
investigadores, siguen existiendo varios problemas. "Necesitamos electrolitos
que sean compatibles con los materiales del cátodo y del ánodo, ya que el
líquido iónico utilizado en este trabajo pasiva el ánodo de Mg-metal", afirma
Shimokawa. "En el futuro, es importante desarrollar nuevos electrolitos
electroquímicamente estables para que los baterias recargables de magnesio sean más prácticos para su uso
generalizado".
Aunque las baterías recargables de magnesio todavía están en fase de desarrollo,
el equipo de investigación espera que su trabajo proporcione una nueva forma
de utilizar el azufre líquido como material de cátodo de alta velocidad para
las baterías recargables de magnesio. "Esto impulsaría la mejora de los materiales basados en el azufre
para conseguir baterías de alto rendimiento de próxima generación", añadió
Shimokawa.
Fuentes, créditos y referencias:
Kohei Shimokawa et al, Electrochemically synthesized liquid-sulfur/sulfide composite materials for high-rate magnesium battery cathodes, Journal of Materials Chemistry A (2021). DOI: 10.1039/d1ta03464b