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Mar 24, 2024

La promesa de un litio

Impulsando el cambio De bajo costo y alta densidad, una batería de litio-azufre podría impulsar el futuro del transporte, si es que alguna vez llega al mercado. Por Katie Fehrenbacher 7 de marzo de 2023 Lyten, una empresa con sede en California

Impulsando el cambio

De bajo costo y alta densidad, una batería de litio-azufre podría impulsar el futuro del transporte, si es que alguna vez llega al mercado.

Por Katie Fehrenbacher

7 de marzo de 2023

Lyten, una startup con sede en California, está desarrollando una batería de litio-azufre. Empresas y científicos están luchando por descifrar el código de una batería innovadora que podría ser la siguiente después de la de iones de litio. Imagen vía Shutterstock/T. Schneider

El elemento azufre es barato y abundante. Hay tanto en la Tierra que grandes montones amarillos de este material comúnmente se encuentran afuera de las refinerías de combustibles fósiles después de que han sido despojadas de petróleo y gas natural.

Pero los electroquímicos (científicos que investigan cómo las reacciones químicas crean electricidad) han visto durante mucho tiempo al azufre como una perspectiva tentadora para un increíble almacenamiento de energía. Esto se debe a que la combinación de litio y azufre tiene el potencial de crear una batería extraordinaria que podría almacenar más energía y fabricarse a un precio más bajo que las baterías de iones de litio que se utilizan hoy en día en computadoras portátiles y vehículos eléctricos.

Una batería comercial de litio-azufre podría hacer que "la electrificación sea algo abundante", donde "es fácil electrificar todo", dijo Celina Mikolajczak, directora de tecnología de baterías de la startup Lyten, en la Cumbre Bloomberg New Energy Finance en San Francisco en enero. Lyten está desarrollando una batería de litio-azufre.

Las baterías de iones de litio actuales se ven obstaculizadas por el suministro limitado de níquel. El cobalto, otro ingrediente clave de las baterías de iones de litio actuales, se extrae en gran medida en la República Democrática del Congo, donde las minas de cobalto están plagadas de problemas de derechos humanos. La idea es que la abundancia y el bajo costo del azufre podrían hacer que una batería de litio-azufre sea mucho más barata y menos dependiente de regiones problemáticas que el actual paquete de baterías de iones de litio, que cuesta alrededor de 150 dólares por kilovatio-hora.

Al mismo tiempo, el uso de azufre en una batería podría proporcionar una densidad de energía teórica súper alta, o cantidad de energía que la batería puede contener con una sola carga. Los vehículos eléctricos actuales pueden recorrer aproximadamente 300 millas por carga, pero una batería de litio-azufre podría potencialmente duplicar ese alcance, o crear un vehículo eléctrico que pese la mitad del equivalente de iones de litio.

Al menos estas son las grandes esperanzas. Las baterías de litio-azufre todavía están confinadas a los laboratorios de investigación.

Pero a medida que el dinero fluye hacia un sector emergente de baterías en EE. UU. gracias a la Ley de Reducción de la Inflación, las empresas y los científicos se apresuran a descifrar el código para desarrollar una batería innovadora que podría ser la siguiente después de la de iones de litio. Lo que está en juego es una tecnología que potencialmente podría acelerar tanto los vehículos eléctricos como el almacenamiento de energía limpia.

La gran pregunta es si una empresa puede desarrollar y fabricar una batería de litio-azufre que funcione como se anuncia cuando se fabrica en grandes volúmenes. Si bien las nuevas empresas, los investigadores y las grandes empresas de baterías están trabajando en la química, no se fabrican comercialmente baterías de litio-azufre a escala.

"El azufre es rebelde. El litio es rebelde. Cuando se juntan estos dos elementos se obtiene una química con la que es realmente difícil trabajar", dijo Mikolajczak en la cumbre de BNEF. "Hay una razón por la que esta química no se ha explotado durante mucho tiempo".

Un problema es que el azufre, utilizado como cátodo de la batería de litio-azufre, pasa por un cambio de fase a medida que se carga y descarga. Pasa de sólido a líquido y de nuevo a sólido. Eso lo hace realmente "quisquilloso", dijo Mikolajczak. "Es doloroso trabajar con él. Te hace explotar la cabeza".

En los primeros intentos de crear baterías de litio-azufre, el compuesto de azufre se disolvió en el electrolito, el medio (generalmente líquido) a través del cual se cargan y descargan los iones.

Muchos intentos de desarrollar baterías de litio-azufre han terminado con baterías de bajo funcionamiento que desarrollan dendritas, pequeñas estructuras metálicas que pueden formarse durante el proceso de carga. Las dendritas causan cortocircuitos y fallas en las baterías, y las baterías de litio-azufre han tenido problemas para mantener ciclos de carga elevados.

Lyten, la empresa de Mikolajczak, una startup de 8 años con sede en San José, California, puede fabricar una forma arrugada de grafeno que, según dice, es excelente para mantener unido el azufre en la batería y al mismo tiempo actuar como conductor. La compañía dice que ha visto resultados prometedores en sus pruebas, y Mikolajczak le dijo a GreenBiz en una entrevista que espera que Lyten pueda desarrollar "una celda de batería respetable" en aproximadamente un año. No habrá grandes volúmenes, pero los primeros clientes podrán utilizarlo, afirmó. Lyten planea vender las baterías a fabricantes de automóviles y de drones y vehículos voladores.

Los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne también han logrado recientemente algunos avances en la batería de litio-azufre. Los científicos de Argonne crearon una capa porosa que contiene azufre dentro de la batería que puede ayudar a proteger los materiales de la destrucción de las dendritas.

En el laboratorio, la batería de litio-azufre de Argonne pudo cargarse y descargarse 700 veces, lo que es competitivo con las baterías de iones de litio actuales. El equipo científico de Argonne pudo comprobar el éxito de la capa dentro de la celda de litio-azufre utilizando una máquina de difracción de rayos X de última generación en uno de los laboratorios de Argonne. Es una herramienta de vanguardia valorada en miles de millones de dólares.

El científico de Argonne, Guiliang Xu, uno de los autores de un artículo reciente, dijo a GreenBiz que Argonne planea trabajar con el sector privado para comercializar la tecnología y construir un prototipo de batería.

Por supuesto, Estados Unidos no es el único lugar donde los investigadores están tratando de desbloquear el código litio-azufre. La Unión Europea financió el proyecto LISA, que acaba de concluir, y buscaba desarrollar innovaciones en torno al diseño de celdas de baterías de litio-azufre.

El gigante coreano LG, a través de su división energética LG Energy Solution, ha dicho que planea intentar comercializar una batería de litio-azufre en 2025. Una startup alemana llamada Theion dice en su sitio web que también está intentando llevar una batería de litio-azufre al mercado. pronto.

Con nuevos fondos disponibles del IRA recientemente aprobado, las empresas estadounidenses podrían estar listas para capitalizar el apoyo gubernamental y el creciente mercado de vehículos eléctricos.

Mikolajczak, de Lyten, calificó el IRA de "enorme" para el desarrollo de nuevas baterías. "La fabricación de baterías requiere mucho capital. [Los subsidios del IRA] dan a todos muchas más posibilidades de luchar", dijo Mikolajczak a GreenBiz.

Al mismo tiempo, los fabricantes de automóviles se están volviendo más agresivos cuando se trata de invertir en tecnología de baterías y en la cadena de suministro de baterías. Empresas como GM, Daimler y Ford se están asociando con prometedoras nuevas empresas de baterías y proveedores de minerales para baterías. Otras empresas dedicadas exclusivamente a los vehículos eléctricos, como Tesla y BYD, llevan mucho tiempo invirtiendo mucho en su tecnología de baterías.

Las nuevas empresas de tecnología climática parecen ser relativamente más inmunes a los temores de recesión y a los despidos que sus contrapartes de TI. Los inversores privados siguen financiando nuevas empresas de tecnología climática, incluidos fabricantes de baterías como Lyten, que ha recaudado más de 200 millones de dólares en financiación hasta la fecha.

A pesar de las recientes innovaciones y financiación, las baterías de litio-azufre todavía tienen un largo camino por recorrer. La actual batería de iones de litio que impulsa la actual revolución de los vehículos eléctricos se ha beneficiado de 30 años de progreso. Espere muchos años, si no décadas, antes de que un paquete de baterías de litio y azufre se utilice en un automóvil como el convencional de Tesla o GM.

Las primeras baterías de litio-azufre probablemente terminarán en vehículos y dispositivos que deben ser súper livianos. Debido a que la batería de litio-azufre tiene el doble de densidad de energía, podría alimentar un vehículo con la mitad de peso.

Ese peso ligero podría ayudar a determinar los primeros clientes. Cuando las baterías de litio-azufre finalmente salgan del laboratorio, no deberíamos esperar que las primeras propulsen los automóviles en las carreteras. En lugar de eso, probablemente serán drones y pequeños vehículos voladores en el cielo.

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