Batería de azufre de litio
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| batería de azufre de litio |
|---|
Dibujo esquemático de un LSA durante una descarga |
| Intensidad energética específica |
250-500 Wh/kg |
| Durabilidad (ciclos) |
>1000 |
| Fuerza electromotriz |
1,7-2,5 V _ |
Una batería de litio-azufre (abreviada como Li-S, LSA) es una fuente de corriente química secundaria en la que un cátodo líquido que contiene azufre se separa del electrolito mediante una membrana especial.
Indicadores
- Intensidad energética específica teórica: hasta 2600 [1] Wh / kg ( hasta 9360 kJ / kg )
- Intensidad energética específica: 250–500 Wh/kg (900–1800 kJ/kg)
- Densidad de energía específica: 218 [2] W h / dm 3 (785 kJ / dm 3 )
- Peso específico de la estructura: n/a kg/dm 3
- Número de ciclos de carga-descarga hasta la pérdida del 20% de capacidad: 1000 [3] (1500 sin pérdida de capacidad, a corrientes de 0,05-1 C [4] )
- Vida útil: n/a años
- Autodescarga a temperatura ambiente: n/a % por mes
- Voltaje : 2,1 [2] [5] V ; 1,7-2,5 [4] voltios
- Potencia específica : n/a W/kg (al descargar corriente n/a C)
- Rango de temperatura de funcionamiento: -40 °C [1]
- Eficiencia: n/a %
- Costo: alcanzable por debajo de $ 100/kWh [4] (10 Wh/ $ )
Dispositivo y principio de funcionamiento
La batería está hecha de multicapa, entre el ánodo y el cátodo hay membranas de ánodo y cátodo y una capa de electrolito. El diseño de una batería de este tipo es similar a las baterías de iones de litio , sin embargo, a diferencia de ella, una batería de litio-azufre utiliza un cátodo que contiene azufre junto con un ánodo de litio , por lo que su capacidad de carga específica aumenta. Otra característica del Li-S es la capacidad de utilizar un cátodo líquido, aumentando así la densidad de corriente a través de él [5] .
Reacción electroquímica
La reacción de una batería de litio-azufre coincide con la reacción de una batería de sodio-azufre , solo que en este caso el litio hace el papel del sodio [6] :
Descarga
S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 3
Cobrar
Li 2 S → Li 2 S 2 → Li 2 S 3 → Li 2 S 4 → Li 2 S 6 → Li 2 S 8 → S 8
Calificación
Cabe destacar la intensidad energética específica de las baterías de litio-azufre, que ya es de hasta 300 W h/kg para las primeras muestras [5] . Otras ventajas de una batería de litio-azufre incluyen la ausencia de la necesidad de usar componentes de protección, bajo costo, un amplio rango de temperatura de operación y seguridad ambiental general [1] .
Las desventajas de una batería de litio-azufre incluyen una vida útil muy corta (solo 50-60 ciclos de carga y descarga) [2] . Sin embargo, las últimas muestras tienen una durabilidad de 1000 o más ciclos [7] [8] [3] [4] .
Historia
Desarrollo
Las primeras muestras de tales baterías fueron desarrolladas en 2004 por Sion Power de EE . UU . En 2006, esta empresa presentó un prototipo de batería con un tamaño de 11×35×55 mm y una capacidad de 2,2 Ah a un voltaje de 2,1 V [2] [9] .
Como resultado de la investigación, un equipo de científicos de Stanford logró estabilizar la vida útil al nivel de 100 ciclos de carga y descarga, con una caída de capacidad del 10 al 20 % con respecto al original. Sin embargo, el método utilizado por los científicos (la adición de polietilenglicol, grafeno semioxidado y micropartículas de hollín) conduce a una dispersión muy alta de indicadores catódicos: los mejores pierden el 10 % de su capacidad, los peores, el 25 % [10 ] .
En 2013, científicos del Laboratorio de Berkeley (EE. UU.) lograron una intensidad energética de 500 W h/kg y unos 250 W h/kg al cargar/descargar con corrientes de 0,05 y 1 C, respectivamente; la durabilidad en este caso ascendió a por lo menos 1500 ciclos de carga y descarga sin pérdida de capacidad [4] .
Uso
Fue este tipo de batería la que se usó en agosto de 2008 durante un vuelo largo y alto récord en un avión alimentado por energía solar [11] .
Notas
- ↑ 1 2 3 Fuentes actuales prometedoras. . Consultado el 2 de agosto de 2010. Archivado desde el original el 3 de octubre de 2010. (indefinido)
- ↑ 1 2 3 4 Se ha construido un nuevo tipo de batería de litio de gran capacidad. 20/03/2006 . Consultado el 15 de julio de 2011. Archivado desde el original el 4 de septiembre de 2011. (indefinido)
- ↑ 1 2 La compañía de baterías de Li-S OXIS Energy informa 300 Wh/kg y una celda de 25 Ah, pronosticando 33 Ah para mediados de 2015, 500 Wh/kg para fines de 2018. 12/11/2014 . Consultado el 8 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 8 de octubre de 2019. (indefinido)
- ↑ 1 2 3 4 5 La nueva batería de litio/azufre duplica la densidad de energía de los iones de litio. 01.12.2013 . Consultado el 8 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 14 de mayo de 2016. (indefinido)
- ↑ 1 2 3 Baterías de litio-azufre para dispositivos portátiles (enlace inaccesible) . Consultado el 2 de agosto de 2010. Archivado desde el original el 24 de mayo de 2012. (indefinido)
- ↑ Tudron, FB, Akridge, JR y Puglisi, VJ (2004): Baterías recargables de azufre y litio: características, estado de desarrollo y aplicabilidad para alimentar dispositivos electrónicos portátiles Archivado el 14 de julio de 2011 en Wayback Machine (Tucson, AZ: Sion poder (inglés)
- ↑ Récord mundial de rendimiento de batería logrado con nanoestructuras similares a huevos. 08/01/2013 . Consultado el 8 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 23 de junio de 2013. (indefinido)
- ↑ Nanoarquitectura de cáscara de yema de azufre-TiO2 con espacio vacío interno para baterías de litio-azufre de ciclo largo. enero de 2013 . Consultado el 8 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 5 de junio de 2019. (indefinido)
- ↑ Se desarrolla el acumulador de mayor capacidad para hoy
- ↑ El grafeno aumentó la capacidad de supervivencia de las baterías de ultra alta capacidad. 14/07/2011 . Consultado el 15 de julio de 2011. Archivado desde el original el 17 de julio de 2011. (indefinido)
- ↑ Noticias de BBS: "El avión solar hace un vuelo récord" Archivado el 18 de septiembre de 2019 en Wayback Machine .