Una nueva química desarrollada en Estados Unidos permitió que el azufre intercambie un tercer electrón, elevando la capacidad de almacenamiento y el voltaje de las baterías litio-azufre. El avance podría modificar a futuro la composición de materias primas utilizadas en almacenamiento energético.
Investigadores de Vanderbilt University y la University of Maryland desarrollaron una nueva química para baterías de litio-azufre que logró aumentar en cerca de 58% la capacidad específica del azufre y elevar el voltaje promedio de operación desde aproximadamente 2,05 a 2,54 voltios.
El trabajo incorpora cloro al proceso electroquímico para permitir que cada átomo de azufre participe en una reacción adicional durante la carga y descarga de la batería. En los ensayos experimentales, el sistema alcanzó una energía específica superior a 1.700 Wh por kilogramo de azufre a nivel de electrodo.
El desarrollo todavía corresponde a una tecnología experimental, pero adquiere interés para la industria de materias primas porque busca aprovechar una combinación distinta de materiales frente a las químicas tradicionales de ion-litio. Si logra avanzar hacia escalas comerciales, una batería de este tipo podría reforzar el uso del litio y del azufre mientras reduce la necesidad de determinados metales empleados actualmente en materiales catódicos.
Un tercer electrón cambia la química del azufre
Las baterías litio-azufre han sido estudiadas durante años por su potencial para almacenar grandes cantidades de energía con materiales relativamente abundantes. El problema ha estado en transformar esa ventaja teórica en sistemas estables, con voltajes competitivos y suficientes ciclos de operación.
En una batería convencional de esta familia, cada átomo de azufre intercambia dos electrones durante las reacciones electroquímicas. La nueva configuración incorpora cloro y lleva ese proceso a tres electrones por átomo de azufre, ampliando la cantidad de carga que puede almacenarse.
La reacción adicional también ocurre a un potencial más alto, por lo que el avance no se limita únicamente a aumentar la capacidad del material. El incremento simultáneo de capacidad y voltaje es lo que permite superar los 1.700 Wh/kg calculados sobre la masa de azufre utilizada en el electrodo.
La química desarrollada convierte de manera reversible sulfuro de litio, Li₂S, en dicloruro de disulfuro, S₂Cl₂, mediante un proceso redox de tres electrones y un electrolito líquido iónico rico en cloruro libre.
El electrolito era una de las principales barreras
Uno de los desafíos técnicos fue impedir que los productos formados durante la reacción entre azufre y cloro migraran hacia el electrodo metálico de litio.
Para resolverlo, el equipo utilizó simulaciones moleculares destinadas a estudiar el comportamiento de los iones de litio y cloruro en distintos electrolitos. La configuración seleccionada mantiene el cloruro disponible para reaccionar con el azufre y, al mismo tiempo, limita la disolución del compuesto azufre-cloro generado durante la carga.
Esto permite mantener el material en el electrodo positivo y repetir la reacción durante los ciclos posteriores.
Las pruebas espectroscópicas realizadas por el equipo confirmaron que el azufre podía desplazarse repetidamente entre los distintos estados químicos previstos durante las operaciones de carga y descarga.
De 2,05 a 2,54 voltios
Los resultados publicados muestran dos variaciones principales frente al sistema de referencia.
La capacidad específica del azufre aumentó aproximadamente 58%, mientras el voltaje promedio de operación pasó de 2,05 V a 2,54 V, bajo condiciones experimentales de 25 °C y una tasa de 0,2C.
Los investigadores también construyeron una pequeña celda tipo pouch de una sola capa, una configuración más cercana a una batería física que las celdas botón utilizadas habitualmente durante las primeras etapas de investigación.
Después de 100 ciclos de carga y descarga, esa celda mantuvo cerca de 78% de su capacidad inicial.
Esa cifra muestra también el principal límite actual del desarrollo. Para aplicaciones como vehículos eléctricos o almacenamiento estacionario, la vida útil debe ser considerablemente mayor, junto con demostrar estabilidad, seguridad, costos competitivos y capacidad de producción industrial.
El prototipo además utiliza un ánodo de litio metálico, cantidades todavía relativamente pequeñas de azufre y un volumen de electrolito superior al que sería conveniente en una batería comercial.
La cifra relevante para una batería completa
Los más de 1.700 Wh/kg no representan la densidad energética de una batería terminada. El indicador corresponde al desempeño específico asociado al material activo del electrodo.
Al incorporar los principales componentes necesarios para construir una celda, los investigadores proyectan que esta química podría alcanzar aproximadamente 477 Wh/kg a nivel de stack, cerca de 37% más que el sistema litio-azufre convencional utilizado como comparación en el trabajo.
La diferencia es relevante porque las cifras obtenidas únicamente a nivel de material activo suelen disminuir una vez que se consideran electrolitos, separadores, colectores de corriente, envolventes y otros componentes necesarios para fabricar una batería funcional.
Qué podría significar para las materias primas mineras
Desde la perspectiva minera, el desarrollo resulta relevante por la composición de los materiales involucrados.
Las baterías litio-azufre mantienen al litio como componente fundamental, por lo que esta tecnología no representa una sustitución de ese mineral. Su eventual expansión podría, por el contrario, abrir otra plataforma tecnológica basada en litio además de las químicas de ion-litio actualmente dominantes.
La diferencia aparece principalmente en el cátodo. El azufre ofrece una ruta que prescinde de combinaciones catódicas basadas en níquel, cobalto o manganeso utilizadas en distintas baterías comerciales actuales.
Eso no significa que una nueva química vaya a desplazar esas cadenas de suministro. El mercado de baterías incorpora simultáneamente múltiples tecnologías, con requisitos diferentes para vehículos, sistemas estacionarios, electrónica y otras aplicaciones.
Sin embargo, avances de este tipo son relevantes para las compañías mineras porque muestran que la transición energética no solo aumenta la demanda de minerales: también puede modificar rápidamente qué materiales participan en cada tecnología.
Una tecnología todavía en etapa experimental
La investigación fue publicada en septiembre de 2026 en Nature Energy bajo el concepto de baterías de litio-dicloruro de disulfuro.
Su principal aporte es demostrar que la química redox del azufre puede ampliarse más allá del esquema convencional de dos electrones y utilizar un tercer electrón para almacenar energía.
El siguiente desafío será trasladar ese resultado a celdas con mayor carga de azufre, menos electrolito, más ciclos, mejores condiciones de seguridad y procesos compatibles con fabricación a gran escala.
Para la industria minera, el desarrollo agrega una nueva variable al mapa tecnológico de almacenamiento energético. El litio continúa en el centro del sistema, pero la evolución de los materiales catódicos podría alterar con el tiempo la intensidad de uso y la combinación de otros minerales necesarios para almacenar cada kilowatt-hora de energía.
