Investigadores japoneses desarrollan batería de litio-azufre con 674 Wh/kg de densidad ene

Científicos de la Universidad de Tohoku, en Japón, han presentado un prototipo de batería de litio-azufre con una densidad energética de alrededor de 674 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg), más del doble de los típicos 200-300 Wh/kg que se observan en celdas comerciales de iones de litio. Este avance apunta a un progreso significativo hacia baterías de mayor capacidad y menor peso, aunque la tecnología sigue confinada al laboratorio.

Las baterías de litio-azufre llevan tiempo prometiendo una densidad energética muy superior y costes más bajos en comparación con las de iones de litio, pero su comercialización se ha visto estancada durante décadas por un desafío notorio: el efecto de transporte (shuttle) de polisulfuros. En este fenómeno, compuestos de azufre solubles migran entre los electrodos durante el ciclo de carga, provocando una rápida pérdida de capacidad y acortando la vida útil de la batería.

Avance en la densidad energética de baterías de litio-azufre con la intercapa TUS-44

Para abordar este problema, el equipo de investigación diseñó un nuevo material híbrido de intercapa llamado TUS-44. Combina un marco orgánico covalente con grafeno, creando una capa que bloquea físicamente las partículas de polisulfuro y las une químicamente. Este enfoque no solo previene la pérdida de material activo, sino que también mantiene las reacciones electroquímicas, reduciendo la degradación de la capacidad a lo largo de los ciclos de carga.

En pruebas de laboratorio, las celdas con TUS-44 ofrecieron una capacidad inicial de 1455.7 mAh/g y demostraron solo aproximadamente un 0.034% de pérdida de capacidad por ciclo a lo largo de 1.000 ciclos de alta carga. Los investigadores también construyeron un paquete de baterías que alcanzó la densidad energética principal de aproximadamente 674 Wh/kg, demostrando el potencial del material más allá de las celdas individuales.

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Ventajas de las baterías de litio-azufre frente a las de iones de litio

La tecnología de litio-azufre resulta especialmente atractiva no solo por su densidad energética teórica —potencialmente varias veces superior a la de iones de litio—, sino también por la abundancia y bajo coste del azufre en comparación con el cobalto y el níquel usados en las baterías actuales para vehículos eléctricos. Esta ventaja de costes ha atraído a empresas emergentes como Lyten y Theion, que aspiran a desplegar celdas de litio-azufre en aeronáutica, drones y, eventualmente, coches eléctricos.

Retos para comercializar la tecnología de baterías de litio-azufre

Sin embargo, el desarrollo de baterías de litio-azufre ha sido un camino lleno de obstáculos. La firma británica Oxis Energy, que llegó a ser una de las pioneras en el campo, se hundió en 2021 a pesar de sus ambiciosos planes de comercialización rápida. Para la Universidad de Tohoku, el verdadero reto que tienen por delante no serán los récords de laboratorio sino escalar la producción manteniendo la densidad energética y la durabilidad en celdas de mayor tamaño —factores clave para sectores como la aviación y los vehículos eléctricos de largo alcance, donde cada kilogramo cuenta.

Si el equipo logra traducir su éxito de laboratorio en paquetes de baterías prácticos y duraderos, la química de litio-azufre podría finalmente pasar de ser una curiosidad de investigación de nicho a una tecnología de baterías generalizada que cambie la economía y el rendimiento del almacenamiento energético.