Cuando hablamos de tecnologías de futuro en el ámbito de las baterías, salen a la palestra conceptos como el electrolito de estado sólido o el ánodo de silicio, en ambos casos para referirse a baterías de litio con una estructura similar a las actuales. Pero también aparecen nuevos materiales que pretenden complementar o incluso dejar atrás el litio, como el sodio o el azufre.
Quizá nunca habías escuchado las baterías de litio-azufre, pero son una opción más en el interesantísimo mundo de las baterías, que está en ebullición y constante evolución. Este tipo de baterías ofrecen una densidad energética muy elevada, tal y como demuestran las primeras pruebas. Y puede convertirse en una aplicación más de este elemento, que se utiliza como fungicida en agricultura, pero también en multitud de aplicaciones más.
La innovación de las baterías está en China, así que no extraña que estas baterías también estén investigándose principalmente en el gigante asiático. Uno de los fabricantes más avanzados en estas baterías es Gelion, que ya ha conseguido fabricar una celda tipo pouch (bolsa) de litio-azufre de 9,5 Ah con una densidad energética de 395 Wh/kg en un formato de celda comercial.
Este resultado representa un aumento de cerca del 60% en la densidad energética respecto a las baterías de iones de litio actuales, que rondan aproximadamente los 250 Wh/kg.
En marzo, Gelion anunció que había fabricado celdas de 1,0 Ah utilizando la tecnología de celda OXIS Gen2 con una densidad de energía de 245 Wh/kg. El logro de 395 Wh/kg se alinea con las proyecciones independientes de una densidad de energía para un formato de celda más grande. Gelion ha establecido así una base para comparar su próxima celda de próxima generación, que apunta a mayores mejoras de rendimiento a partir de este resultado.
El objetivo de Gelion para su próxima generación de baterías es desbloquear el potencial de las baterías de azufre para una amplia gama de aplicaciones, desde coches eléctricos hasta aviones eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL), pasando por drones y almacenamiento de energía estacionario.
Una densidad energética mayor se traduce se traduce en baterías más ligeras y abre muchas ventajas para estos mercados. El hecho de que el azufre sea un material abundante y muy repartido por la corteza terrestre contrarresta las limitaciones de otros metales, que están concentrados geográficamente en muy pocos sitios. Además de mejorar significativamente la sostenibilidad de las baterías (se reduce y optimiza la cadena de suministro), también se reducen costes y la dependencia de terceros países.
"Este resultado valida aún más el plan de tecnología Li-S de Gelion (...) Si bien estos son resultados todavía iniciales, tenemos la intención de aprovecharlos activamente a lo largo de 2024, revelando y demostrando la propuesta central única que Gelion está elaborando", explica John Wood, director ejecutivo de Gelion.
Pros y contras de las baterías de litio-azufre (Li-S)
Las baterías Li-S son una alternativa interesante a las baterías de iones de litio, ya que pueden alcanzar densidades de energía gravimétrica mucho mayores. Esto es fundamental para reducir el peso en vehículos eléctricos, aviación comercial y drones, reduciendo el coste de los componentes auxiliares y disminuyendo su impacto ambiental. Además, no contienen metales raros en el cátodo y son más seguras que las baterías actuales, pues tienen menor riesgo de incendio.
Las baterías de litio-azufre (Li-S) pueden alcanzar, teóricamente, densidades energéticas de hasta 2.600 Wh/kg, lo que las convierte en una de las principales alternativas a las de iones de litio convencionales. Su química es atractiva para la industria, puesto que el material activo del cátodo, el azufre, es muy abundante en la naturaleza. Y esto significa menores costes.
Las primeras baterías de litio-azufre no funcionaban bien. A diferencia de las de iones de litio, la reacción química que se produce en su interior conduce a la acumulación de sulfuro de litio sólido y polisulfuro de litio que se disuelven en el electrolito, lo que se traduce en la corrosión del ánodo de litio. Esto afecta negativamente a la vida útil de la batería, pues reduce la cantidad de veces que se puede recargar la batería.
Este inconveniente es (o era) la barrera más importante para la comercialización de las baterías Li-S, pero un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne consiguió dar con una solución creando una capa intermedia redox activa dentro de la batería que agrega capacidad de almacenamiento de energía y elimina prácticamente el problema de su escasa durabilidad.
