Baterías de litio-azufre: su potencial, cómo funcionan, vida útil y cuándo llegarán

Las baterías de litio-azufre han sido vistas desde hace años como una alternativa prometedora a las actuales baterías de litio por la elevada capacidad especifica teórica del cátodo de azufre, 8 veces mayor que la de los materiales utilizados en los modelos convencionales. Sin embargo, la corta vida de estas baterías y su pobre capacidad de carga y descarga las hacían inviables para su comercialización, de momento.

Entre los puntos más interesantes de esta tecnología están factores como, además de una elevada densidad energética, también un peso relativamente bajo y bajos costes de producción gracias a las diferentes materias primas utilizadas: principalmente azufre en lugar de cobalto. Entonces, ¿por qué no han llegado al mercado?

Las baterías de litio-azufre, como la gran mayoría de las baterías recargables, aprovechan la diferencia de carga eléctrica de dos electrodos y el paso de iones de uno a otro para los ciclos de carga y descarga. Más concretamente, tienen un ánodo predominantemente de litio (polo negativo) y un cátodo predominantemente de azufre (polo positivo). Están separados por una capa de material inerte y están sumergidos en un electrolito cuya función es permitir el paso de iones entre los electrodos durante las fases de carga y descarga.

El gran problema en las baterías de litio-azufre es la disociación del cátodo durante los ciclos de carga y descarga debido a la formación de polisulfitos. El aglutinante utilizado normalmente no es compatible con los polisulfitos, por lo que estos prefieren migrar al electrolito, dando lugar a un deterioro del cátodo y la consecuente fatiga de la batería.

Mientras que las baterías tradicionales de litio constan generalmente de un ánodo de grafito y un cátodo de algún tipo de óxido metálico y suelen tener un límite teórico de unos 550 Wh/kg, en las Li-S con cátodo de azufre la capacidad teórica es de 2.600 Wh/kg, una cifra tremendamente prometedora incluso aunque sólo pudiéramos llegar al 50% de ella. Sin embargo las Li-S adolecen tradicionalmente de un bajo rendimiento culómbico y un rápido decaimiento en ciclos de la capacidad inicial.

Baterías de litio-azufre y su gran potencial

Esto significa que aplicando estas potenciales mejoras a la batería de un coche eléctrico, podríamos lograr autonomías de más de 2.000 km con una carga, y todo sin aumentar el peso, el volumen o el coste. En resumen, las ventajas parecen obvias.

Además, las baterías de litio-azufre son más ligeras que las de iones de litio (lo que en el sector del automóvil supone una ventaja adicional) y también son más fiables. Requieren poco mantenimiento, sufren menos daños y fallos de funcionamiento, y funcionan también en temperaturas extremas, tanto de calor como de frío.

El gran reto a superar por los muchos grupos de investigación, es su baja vida útil. De momento los modelos más prometedores no logran superar los 100 ciclos antes de que la degradación de su capacidad sea notable.

También sufren problemas de autodescarga, fenómeno por el cual se pierde energía incluso cuando las baterías no están en uso. Sin embargo, en los últimos tiempos se han logrado avances significativos gracias a una mayor investigación.

Una de las empresas que más están apostando por esta tecnología es la norteamericana Lyten. Una startup con sede en Silicon Valley, que ha descubierto que al utilizar jaulas porosas de grafeno para cubrir el cátodo, es posible aumentar la duración de la batería sin comprometer el rendimiento. Al parecer, Lyten ha desarrollado celdas de litio y azufre que pueden soportar más de 1.000 ciclos de carga.

La empresa, que está financiada tanto por el gobierno estadounidense como por fabricantes como Stellantis, y confía en poder desarrollar un producto comercializable para 2025.

Según ha explicado hace unas semanas el presidente de Stellantis, Carlos Tavares, los resultados mostrados durante una reciente visita al laboratorio de Lyten, impresionó a los asistentes por el enorme potencial de la tecnología en la que continuarán invirtiendo para convertirla en una realidad comercial.

No es la única que apuesta por esta prometedora tecnología, y solo en Estados Unidos encontramos nombres como PolyPlus Battery, NexTech Battery y Zeta Energy LLC, que parecen dispuestos a tomar la delantera en una tecnología sobre la mesa revolucionaria.