El potencial de las baterías de litio-azufre en los vehículos eléctricos
Las baterías de litio-azufre se han considerado desde hace tiempo una alternativa prometedora a las células de iones de litio convencionales, ya que el azufre es un elemento abundante y puede almacenar una cantidad de carga significativamente mayor por unidad de peso. No obstante, su implementación a largo plazo y su aplicación práctica han demostrado ser un desafío significativo.
Como se desprende de un estudio publicado en la revista Naturaleza Energía, un equipo conjunto de la Universidad de Vanderbilt y la Universidad de Maryland describe un nuevo enfoque en el que el azufre participa en una reacción adicional de almacenamiento de energía. El resultado es una batería basada en azufre que opera a una tensión media más elevada y almacena más carga.
Un prototipo de batería de litio-azufre almacena 1.700 vatios-hora de energía.
En contraste con los sistemas convencionales, donde cada átomo de azufre intercambia dos electrones, el nuevo sistema integra cloro para transferir un tercer electrón. En las pruebas de laboratorio, se observó un incremento en la capacidad de almacenamiento del azufre de aproximadamente un 58%, así como un aumento en la tensión de funcionamiento media de unos 2,05 voltios a 2,54 voltios. Al combinar una mayor capacidad de almacenamiento de carga con una tensión más elevada, se ha demostrado que un kilogramo de azufre en la célula experimental es capaz de almacenar más de 1.700 vatios-hora de energía.
Con el propósito de garantizar la reversibilidad, los investigadores se valieron de simulaciones moleculares para diseñar un electrolito. Este mantiene el cloro reactivo y, simultáneamente, evita que el producto resultante de azufre y cloro se disuelva y migre hacia el ánodo de litio metálico.
Se conserva el 78 % de la capacidad tras 100 ciclos de carga.
Como han confirmado diversas técnicas espectroscópicas, el azufre experimenta repetidamente dicho nuevo estado durante los procesos de carga y descarga. Una célula tipo «pouch» exhibió una retención del 78% de su capacidad inicial tras 100 ciclos de carga.
No obstante, es preciso señalar que aún se requiere una cantidad significativa de trabajo antes de su implementación comercial, dado que el prototipo actual utiliza un ánodo de litio metálico y mayores concentraciones de electrolito. Tomando en consideración todos los componentes esenciales de la batería —y no únicamente el electrodo—, los científicos estiman que este enfoque podría permitir una densidad energética gravimétrica a nivel de célula de 477 Wh/kg. Esto representaría un valor aproximadamente un 37% superior al de los sistemas convencionales comparables de litio-azufre.
De acuerdo con Deen Jiang, catedrático de Ingeniería Química y Química en la Universidad de Vanderbilt y coautor del estudio, «la forma tradicional de concebir las baterías de litio-azufre no aprovecha en su totalidad la capacidad redox del azufre». «Nuestro objetivo era verificar la viabilidad de ampliar la capacidad redox del azufre para su uso en el almacenamiento de energía».
Escrito por José Miguel Fernández Gómez.
