Debido a nuestra creciente dependencia de la electrónica, los investigadores siempre están buscando materiales para baterías con cualidades más deseables. Los materiales comunes para baterías, como el litio, pueden ser propensos a desventajas como el sobrecalentamiento y problemas de abastecimiento de materiales, lo que conlleva riesgos de seguridad y costos más elevados.
Ahora, investigadores de China han revelado un nuevo diseño de batería que podría ofrecer una mejor alternativa al litio. El nuevo estudio, publicado en Nature, describe un diseño basado en sodio y azufre, sin ánodo, que ofrece un alto voltaje. Las baterías de sodio-azufre (Na-S) son una alternativa prometedora a las basadas en litio debido a la abundancia del sodio y su potencial para un alto almacenamiento de energía.
Limitaciones de las baterías Na-S anteriores
Este no es el primer diseño de batería que combina sodio y azufre. Sin embargo, las baterías Na-S anteriores enfrentaron problemas que limitaban su practicidad. Algunas baterías Na-S utilizaban la química S/Na2S, la cual estaba limitada por un bajo voltaje y altos requerimientos de sodio metálico. Y a pesar de que la redox de azufre de alta valencia ($S^0/S^{4+}$) proporciona voltajes más altos de alrededor de 3.6 V, los investigadores no habían encontrado una manera de crear esta reacción a temperatura ambiente debido a las barreras energéticas.
Los autores del estudio escriben: «La reacción de conversión S/Na2S en el cátodo produce un voltaje de descarga limitado de menos de 1.6 V frente a Na/Na+, lo cual es mucho más bajo que los logrados por los cátodos de las baterías actuales de Li y Na. Además, el uso de una cantidad sustancial de metal de Na en el ánodo, generalmente excediendo los de las baterías convencionales de Li y Na en decenas de veces, socava la rentabilidad y la seguridad, al tiempo que sacrifica las densidades de energía y potencia disponibles».
La nueva batería Na-S: Sostenible, barata y segura
La clave del nuevo diseño fue «desbloquear» la química redox de alta valencia $S^0/S^{4+}$ para crear baterías Na-S de alto voltaje y sin ánodo a temperaturas ambiente típicas. El nuevo diseño consiste en un cátodo de $S_8$, un colector de corriente de ánodo de lámina de aluminio (Al), un separador de fibra de vidrio y dicianamida de sodio (NaDCA) en un electrolito de cloroaluminato no inflamable. La nueva batería ofrece un voltaje de descarga de 3.6 V.
«Los estudios del mecanismo muestran que el anión dicianamida en un electrolito de cloroaluminato optimizado juega un papel crucial en el desbloqueo de la química del cátodo S/SCl4 y también en la mejora de la reversibilidad del recubrimiento/desprendimiento de Na en el ánodo, lo que en conjunto logra baterías Na-S sin ánodo de alto voltaje con un excelente rendimiento electroquímico y practicidad», dicen los autores del estudio.
El nuevo diseño logró una densidad de energía máxima de 1,198 Wh/kg, una capacidad de descarga de 715 mAh g-1 y una densidad de potencia de 23,773 W/kg. El equipo dice que la incorporación de un catalizador Bi-COF en el cátodo aumentó aún más la capacidad de descarga a 1,206 mAh/g y la densidad de energía a 2,021 Wh/kg.
El equipo también estima que el costo del nuevo diseño es mucho menor que las alternativas actuales. A $5.03 dólares por kWh, es de uno a dos órdenes de magnitud más bajo que las baterías de Na actuales. La seguridad también se mejora con el uso del electrolito NaDCA, que es intrínsecamente no inflamable, en contraste con el electrolito líquido en las baterías de litio. La abundancia del sodio y el menor impacto de su extracción lo convierten también en un material más sostenible que el litio.
En pruebas de laboratorio, tras ser cortada al aire, la celda de bolsa Na-S sin ánodo pudo alimentar una lámpara LED continuamente durante aproximadamente 20 minutos sin cortocircuito ni fuga térmica (thermal runaway).
Algunos obstáculos restantes
Aunque el equipo afirma que las nuevas baterías son prometedoras para aplicaciones prácticas de almacenamiento de energía, aún quedan algunas limitaciones antes de que estos nuevos materiales puedan usarse en la práctica. Un problema a abordar es que el electrolito basado en $AlCl_3/SOCl_2$ es corrosivo y difícil de manipular, lo que requiere más estudio. Además, la estabilidad al aire es a corto plazo, lo que significa que la seguridad ante una exposición a largo plazo o a gran escala es incierta.
Aun así, si se abordan estos problemas, el nuevo diseño tiene el potencial de solucionar problemas críticos de la cadena de suministro y seguridad en la tecnología actual de baterías. Los autores del estudio señalan que las nuevas baterías muestran promesa para aplicaciones en almacenamiento de energía de red y electrónica vestible (wearables).
Artículo original publicado en TechXplore el 8 de enero de 2026. Basado en la investigación de Shitao Geng et al, publicada en Nature (2026).
