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Cambio Climático

Cómo el azufre podría ser un ingrediente sorpresa en baterías mejores y más baratas

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Las baterías de litio-azufre de Lyten podrían reducir el peso y el costo, si es que duran.

  • por Casey Crownhart | traducido por
  • 19 Febrero, 2024

La clave para fabricar baterías más baratas que amplíen la autonomía de los vehículos eléctricos podría estar en un material barato y abundante: el azufre.

Para hacer frente al cambio climático se van a necesitar muchas baterías, tanto para impulsar una flota de vehículos cada vez más eléctricos como para almacenar energía renovable en la red. En la actualidad, las baterías de iones de litio son la opción dominante en ambos sectores.

Pero a medida que crece la necesidad de más baterías, la extracción de los materiales necesarios se hace más difícil. La solución puede estar en un número creciente de alternativas que evitan algunos de los metales más limitados y controvertidos necesarios para las baterías de iones de litio, como el cobalto y el níquel.

La nueva empresa Lyten tiene previsto suministrar cantidades limitadas de pilas de litio-azufre a sus primeros clientes a finales de este año. Las celdas (que se pueden encadenar para construir baterías de distintos tamaños) se destinarán a clientes de los sectores aeroespacial y de defensa, un paso más en el camino hacia la construcción de baterías que puedan resistir la prueba de los vehículos eléctricos. 

Cuando se trata de nuevas opciones para baterías, "necesitamos algo que podamos fabricar en grandes cantidades y con rapidez. Y ahí es donde entra en juego el litio-azufre", afirma Celina Mikolajczak, directora de tecnología de baterías de Lyten.

El azufre es abundante y barato, razón de peso por la que las baterías de litio-azufre podrían tener un precio mucho más bajo. El coste de los materiales es aproximadamente la mitad que el de las pilas de iones de litio, afirma Mikolajczak.

La Ley de Reducción de la Inflación está empezando a transformar la economía de EE UU. Para entender cómo, hemos calculado los posibles créditos fiscales disponibles a medida que el níquel de una sola mina fluye por la cadena de suministro.

Pero eso no significa que el coste de las nuevas baterías vaya a ser inmediatamente inferior. El litio-ion ha tenido décadas para reducir lentamente los costes, a medida que la producción se ha ido ampliando y las empresas han ido resolviendo los problemas. Pero un menor coste de los materiales implica la posibilidad de que las baterías sean más baratas en el futuro.

Las baterías de litio-azufre no sólo podrían acabar siendo más baratas para almacenar energía, sino que también podrían superar a las de ión-litio en un parámetro crucial: la densidad energética. Una batería de litio-azufre puede almacenar casi el doble de energía que una batería de iones de litio del mismo peso. Esto podría ser una gran ventaja para los vehículos eléctricos, ya que permitiría a los fabricantes de automóviles fabricar vehículos capaces de llegar más lejos con una sola carga sin sobrecargarlos.

Sin embargo, Lyten aún tiene que superar importantes barreras técnicas para que sus productos estén listos para salir a la carretera en un vehículo eléctrico. El principal es conseguir que las baterías duren.

Las baterías actuales de iones de litio para vehículos eléctricos pueden durar 800 ciclos o más (es decir, pueden agotarse y recargarse 800 veces). Las de litio-azufre tienden a degradarse mucho más deprisa, y muchas de las que se fabrican actualmente rondan los 100 ciclos, explica Shirley Meng, investigadora de baterías de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne.

Esto se debe a que dominar las reacciones químicas que alimentan las baterías de litio-azufre ha resultado ser todo un reto. Las reacciones indeseadas entre el litio y el azufre pueden minar la vida de las baterías y llevarlas a una muerte prematura.

Lyten no es ni mucho menos la primera empresa que se lanza a la aventura de las baterías de litio-azufre. Algunas, como la británica Oxis Energy, han cerrado, mientras que otras, como Sion Power, se han alejado del litio-azufre. Pero la creciente demanda de alternativas y un mayor nivel de interés y financiación podrían suponer que Lyten tenga éxito donde los esfuerzos anteriores han fracasado, explica Meng.

Según Mickolajczak, Lyten ha conseguido alargar la vida útil de sus baterías y, recientemente, algunas muestras han alcanzado los 300 ciclos. Atribuye el éxito al material de grafeno 3D de Lyten, que ayuda a evitar reacciones secundarias no deseadas y aumenta la densidad energética de la célula. La empresa también quiere utilizar el grafeno 3D, una estructura más complicada que la bidimensional, en otros productos como sensores y materiales compuestos. 

A pesar de los últimos avances, Lyten aún está lejos de producir baterías que duren lo suficiente como para alimentar un vehículo eléctrico. Mientras tanto, la empresa planea comercializar sus celdas en lugares donde la vida útil no sea tan importante.

Dado que las baterías de litio-azufre pueden ser extremadamente ligeras, la empresa está trabajando con clientes que construyen dispositivos como drones, para los que sustituir las baterías con frecuencia merecería la pena por el ahorro de peso, dice Keith Norman, director de sostenibilidad de Lyten.

La empresa abrió una línea piloto de fabricación en 2023 con una capacidad máxima de 200.000 celdas anuales. Recientemente ha empezado a producir un pequeño número de células, cuya entrega a clientes de pago está prevista para finales de este año.

La empresa no ha comunicado públicamente qué empresas recibirán las primeras baterías.  En el futuro, dos de los principales objetivos de la empresa son mejorar la vida útil y aumentar la producción tanto de grafeno 3D como de celdas de batería, afirma Norman.

El camino hacia las baterías de litio-azufre que pueden alimentar los vehículos eléctricos es largo, pero como señala Mikolajczak, la química básica actual, el litio-ion, ha mejorado a pasos agigantados en coste, vida útil y densidad energética en los años que las empresas llevan trabajando para perfeccionarla.

Según Mikolajczak, se ha probado una enorme variedad de opciones químicas para las baterías. "Para hacer realidad una de ellas hay que ponerse manos a la obra".

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