Las baterías con electrolito sólido avanzan: los sulfuros metálicos como alternativa al cobalto y níquel

El avance hacia un sistema energético con menos emisiones ha colocado a las baterías de litio en el centro de la transición energética, tanto en movilidad eléctrica como en almacenamiento estacionario. Sin embargo, el creciente consumo de recursos críticos como el cobalto y el níquel plantea importantes desafíos en sostenibilidad y abastecimiento. Frente a este panorama, los investigadores proponen nuevas rutas para desarrollar baterías más sostenibles y de bajo coste, centrándose en los sulfuros metálicos de transición como materiales activos para cátodos en baterías de electrolito sólido.

El estudio, firmado por Grace Whang y Wolfgang G. Zeier desde la Universidad de Münster y el Helmholtz-Institute Münster, se centra en los retos y oportunidades que ofrecen los sulfuros de metales de transición frente a las químicas de intercalación tradicionales como NCM (níquel, cobalto, manganeso). Mientras las químicas de intercalación destacan por su alta reversibilidad, los sistemas de conversión, como los basados en FeS₂, permiten aprovechar reacciones redox multielectrón, ofreciendo mayores densidades de energía específicas y la ventaja de utilizar materiales abundantes y no tóxicos.

Uno de los principales argumentos del artículo es que, al tratarse de aplicaciones estacionarias (como baterías domésticas o de red), los requisitos de peso y volumen son menos exigentes que en automoción. Esto abre el abanico a soluciones basadas en reacciones de conversión, incluso con sulfuros que operan de forma más eficiente en electrolitos sólidos. En ese sentido, el uso de electrolitos sólidos basados en sulfuros (como Li₆PS₅Cl) permite evitar problemas típicos de los sistemas líquidos, como la disolución de polisulfuros o la formación de dendritas.

El artículo dedica una parte sustancial al estudio de FeS₂ (pirita), un sulfuro de hierro capaz de ofrecer hasta 894 mAh/g de capacidad gracias a su proceso redox de cuatro electrones. A diferencia del azufre elemental, el FeS₂ presenta una mejor conductividad eléctrica, lo que reduce o elimina la necesidad de aditivos de carbono, mejorando así la densidad energética de la celda. Además, se subraya la importancia del diseño microestructural del cátodo y su interacción con el electrolito sólido, variables clave para lograr un transporte equilibrado de iones y electrones y maximizar el rendimiento y la vida útil de las baterías.

Desde un punto de vista térmico y de seguridad, los sulfuros metálicos ofrecen beneficios adicionales frente a los óxidos tradicionales. Por ejemplo, a diferencia del NCM, que puede liberar oxígeno en situaciones de sobrecarga térmica, los sulfuros no generan productos gaseosos oxidantes, y algunos como el FeS₂ ya se utilizan en baterías térmicas a 400–500 °C, lo que evidencia su elevada estabilidad.

Los investigadores también apuntan hacia nuevas estrategias como la ingeniería inversa de cátodos de conversión ya litiados, mediante la mezcla mecánica de Li₂S con metales como Fe o Cu. Este enfoque permitiría esquivar la primera reacción de litación irreversible y abre la posibilidad de integrar ánodos sin litio, como el silicio, en futuras arquitecturas de celda.

En resumen, este trabajo destaca el potencial aún inexplorado de los sulfuros metálicos como solución viable, sostenible y segura para baterías de electrolito sólido de próxima generación, especialmente pensadas para almacenamiento estacionario. Si bien persisten desafíos técnicos importantes, como la optimización de las interfaces sólido-sólido o la comprensión de la evolución microestructural, los autores subrayan que esta línea de investigación puede ofrecer baterías más baratas, seguras y con mejor rendimiento que las actuales basadas en materiales críticos.