Baterías de electrolito sólido a base de azufre, aspirantes a suceder a las baterías de iones de litio actuales

En la carrera por lograr una batería que logre revolucionar el sector del coche eléctrico, una tecnología lleva uno cuantos años intentando llegar al prime time. Se trata de la química litio-azufre. Una gran promesa para la movilidad eléctrica por la elevada capacidad especifica teórica del cátodo de azufre, 8 veces mayor que la de los materiales utilizados en los sistemas actuales. Su uso permitiría reducir el peso del pack y aumentar notablemente la autonomía de los vehículos eléctricos.

Ahora, después de unos años sin muchas noticias sobre este sistema hemos sabido que el prestigioso Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales está trabajando en una nueva generación de baterías de litio-azufre dentro del proyecto de investigación «MaSSiF».

Los equipos de este proyecto han puesto el foco en una combinación que incluye un electrolito sólido de azufre-silicio, que tiene como objetivo el diseño, construcción y evaluación de prototipos de celdas basadas en azufre. El resultado esperan sea conseguir desarrollar unas baterías ligeras, pero también de bajo coste, con una elevada capacidad de carga rápida, y con una alta capacidad de almacenamiento.

El uso de silicio como material de ánodo también debería mejorar significativamente la vida útil de las celdas. Una de las claves de esta química que hasta ahora se ha visto muy limitada por la baja cantidad de ciclados.

El Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF), bajo el liderazgo del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Haces IWS en Dresden, está financiando a seis socios del sector con un total de casi 2,9 millones de euros. El proyecto se lanzó en febrero de 2023.

Las baterías de electrolito sólido a base de azufre se consideran una posible tecnología sucesora de las baterías de litio actuales. Según los investigadores de Fraunhofer, la combinación con azufre como material de cátodo activo es particularmente prometedora. Permiten prescindir de elementos críticos como el cobalto y níquel, manteniendo elevadas cifras de densidad energética.

Sin embargo, la corta vida de estas baterías y su pobre capacidad de carga y descarga las hacían inviables para su comercialización. El problema con la baterías de litio-azufre es doble. Por un lado el cátodo de azufre se degrada durante los procesos de carga y descarga formándose polisufitos, que se disuelven en el electrolito orgánico con facilidad. Por otro lado algunos de los polisulfitos pueden reaccionar con el litio y depositarse en la superficie del ánodo.

Como parte del proyecto, los socios confían en desarrollar un material para el ánodo que también ha demostrado ser una alternativa prometedora en el trabajo de investigación actual en baterías con electrolito sólido: el silicio. En la combinación de azufre, un electrolito sólido y silicio, se creará un prototipo que combine bajos costes de materiales y alta densidad energética.

El objetivo de la iniciativa es crear un modelo de pruebas real con una densidad de 350 Wh/kg, y que logre mantener su vida útil en un porcentaje elevado más allá de los 300 ciclos.

El resultado será una base sobre la que crear baterías con una alta energía específica, además de contar con importantes ventajas en aspectos como el coste gracias al uso de materias primas más baratas y sostenibles y una cadena de suministro local corta, que incluso permitirá una producción 100% local.