Baterias de lítio-enxofre (Li-S) pode teoricamente atingir densidades de energia de até 2.600 Wh/kg o que os torna um dos principais alternativas ao íon de lítio tradicional. Sua química é atrativa para a indústria, pois o material ativo do cátodo, o enxofre, é muito abundante na natureza. A sua utilização permite controlar os custos de produção, bem como torná-los mais sustentáveis.
As primeiras baterias de lítio-enxofre não funcionavam bem. Ao contrário das baterias de íon de lítio, a reação química que ocorre dentro delas leva ao acúmulo de sulfeto de lítio sólido e polissulfeto de lítio que são dissolvidos no eletrólito, o que se traduz diretamente na corrosão do ânodo de lítio. Este efeito de transporte de polissulfeto afeta negativamente a duração da bateria. Reduz o número de vezes que a bateria pode ser recarregada e, portanto, resulta em uma vida útil muito limitada. Esta desvantagem é a barreira mais importante para a comercialização de baterias Li-S.
Uma grande conquista para evitar a degradação
Uma equipe de pesquisadores do Argonne National Laboratory alcançou um importante avanço na investigação desse tipo de bateria. Seu trabalho, publicado na revista Natureza Comunicações consistiu na criação de um camada intermediária ativa redox dentro da bateria que adiciona capacidade de armazenamento de energia e virtualmente elimina o problema de sua pouca durabilidade.
Até agora, outras tentativas de impedir o transporte de polissulfeto dependiam da colocação de uma camada intermediária inativa redox entre o cátodo de enxofre e o ânodo de lítio. No entanto, sendo pesado e denso, capacidade de armazenamento reduzida de energia por unidade de peso da bateria. Além disso, também falhou em interromper adequadamente o deslocamento do polissulfeto.
Para resolver o problema, os pesquisadores desenvolveram e testaram uma nova camada intermediária porosa contendo enxofre. Testes em laboratório mostraram que a capacidade inicial era cerca de três vezes maior nas células Li-S que continham essa camada intermediária ativa em vez da inativa. Mas, o mais importante é que essa capacidade foi mantida durante 700 ciclos de carga e descarga.
Para estudar ainda mais essa camada ativa redox, a equipe realizou uma série de experimentos usando o Argonne Advanced Photon Source (APS), uma instalação aberta do DOE’s Office of Science. Os dados coletados da exposição das células aos feixes de raios-X permitiram à equipe determinar seus benefícios.
Eles confirmaram que uma camada intermediária redox limita o transporte de polissulfetos, reduz as reações nocivas dentro da bateria e aumenta sua capacidade de manter mais carga e suportar mais ciclos. Agora, o próximo passo é avaliar o potencial de crescimento dessa tecnologia para implementá-lo em maior escala até verificar seu funcionamento em baterias que possam ser utilizadas em aplicações com alta demanda de energia.