Entre los sistemas de almacenamiento de energía recargable, la tecnología de las baterías de litio-azufre (Li-S) destaca por su alta densidad gravimétrica de energía debido a la elevada capacidad teórica del material activo (es decir, el S elemental).

Además, el azufre, como uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre, no es tóxico para el medio ambiente, lo que convierte a la batería de Li-S en una posible tecnología barata y sostenible.

Sin embargo, al igual que otras tecnologías de baterías, la batería Li-S no es perfecta. Su limitada densidad de energía volumétrica proyectada hace que sea difícil competir con la tecnología de iones de litio para las aplicaciones en las que el espacio es bastante limitado, como los vehículos eléctricos de pasajeros. Sin embargo, la batería de Li-S puede ser una candidata adecuada para aplicaciones "ligeras", como satélites, drones y aviones eléctricos.  

Debido a estas atractivas características, en las dos últimas décadas se han dedicado numerosos trabajos de investigación a las baterías de Li-S. Una de las principales diferencias entre la química de Li-S y otras baterías de Li-metal es la agresividad y solubilidad de los productos intermedios de descarga (es decir, polisulfuros) que se forman al reducir el cátodo de S. Esto provoca los principales retos a los que se enfrentan las baterías de Li-S, por ejemplo, la estabilidad del electrolito, la retención de la capacidad, la eficiencia y la vida útil del ciclo.

Por lo tanto, en los inicios, el desarrollo del cátodo predominaba la investigación, buscando soluciones para atrapar los polisulfuros (estudios sobre el carbono, el aglutinante y los aditivos) o para evitar la formación de polisulfuros (organosulfuro y SPAN como materiales activos). Mientras que el cátodo ha logrado una mejora significativa, el ánodo de metal de Li se ha revelado como el factor limitante para una larga vida de ciclo.

En consecuencia, en los últimos años, el interés de la investigación se ha desplazado hacia el avance del ánodo metálico de Li para su aplicación en la batería Li-S. Todos estos esfuerzos han impulsado el rendimiento de las baterías de Li-S en la literatura, desde menos de 20 ciclos con baja capacidad al principio hasta los cientos de ciclos estables con alta capacidad de hoy en día. Estos resultados también declaran que la tecnología Li-S se ha convertido en una tecnología relativamente madura más allá de la química Li-ion.

El único fabricante europeo de baterías de Li-S, Oxis energy, ha desarrollado una batería de Li-S con una densidad energética de 400 Wh kg-1, que es significativamente mayor que el valor de la batería comercial de Li-ion de última generación (260 Wh kg-1, Tesla afirmó que la celda de Li-ion tenía más de 300 Wh kg-1 con su diseño avanzado de celda en 2020).

En todo el mundo, el principal fabricante de baterías LG Chem ha probado con éxito sus baterías de litio-azufre en un vuelo de avión no tripulado (UAV) en la estratosfera (véase la foto más abajo) en septiembre de 2020. El gigante también ha anunciado la producción en masa de baterías de Li-S con una densidad energética de más del doble que la de las actuales baterías de iones de litio para después de 2025. Estas emocionantes y prometedoras noticias demuestran que la batería de Li-S está a un paso de su gran comercialización.

https://www.electrive.com/2020/09/11/lg-chem-proves-li-sulfur-battery-stable-in-high-flight/

¿Qué es lo que lo separa de ese "paso"? La corta vida útil de 60-100 ciclos, referida a los prototipos comerciales de baterías Li-S. Sin duda, este valor debe aumentarse para satisfacer las demandas de las aplicaciones potenciales. Además, las baterías de Li-S de SoA se basan en un electrolito líquido orgánico, lo que podría dar lugar a problemas de seguridad. Uno de los planteamientos para resolver los problemas mencionados es utilizar un electrolito en estado sólido, que al mismo tiempo proporcionaría una densidad energética aún mayor en comparación con los sistemas líquidos basados en la estimación.

La línea de investigación de Li-S de CIC energiGUNE ha estado desarrollando celdas Li-S de estado sólido basadas en polímeros desde 2017, centrándose en un nuevo material activo para el cátodo y en la protección del ánodo de metal Li in situ mediante la adaptación de la formulación del electrolito.

En la actualidad, el equipo está desarrollando un cátodo basado en grafeno con una alta carga de azufre y una gran capacidad de área para celdas de Li-S de estado sólido en el marco del proyecto "Graphene Flagship Core 3". Paralelamente, el equipo también está trabajando en los electrolitos sólidos. Además, CIC energiGUNE es socio del proyecto LISA; un proyecto H2020 que pretende desarrollar baterías seguras de litio-azufre junto con socios industriales como Renault, Oxis Energy, Arkema y Varta. El objetivo común de los dos proyectos financiados por la Unión Europea es alcanzar una densidad energética gravimétrica superior a 450 Wh kg1  con una vida útil notablemente mejorada.

En el camino hacia la consecución de estos objetivos, no hay que olvidar dos cosas, el bajo coste y la sostenibilidad, que son los principales atractivos y bondades de la tecnología Li-S. Esto implica, no sólo el empleo de materiales baratos y no tóxicos, sino también un procesamiento económico y ecológico. Teniendo esto en cuenta, además de la gran dedicación de los investigadores tanto del mundo académico como de la industria, la batería de Li-S dará pronto el "paso" en un futuro próximo convirtiéndose en un importante sistema de almacenamiento de energía complementario a la batería de Li-ion.