Solvatación de polisulfuros de magnesio permite una especiación de baja barrera para baterías magnesio‑azufre

Por qué las mejores baterías necesitan mejores líquidos

Nuestros teléfonos, coches y redes eléctricas dependen de baterías seguras, duraderas y capaces de almacenar más energía en menos espacio. Las baterías magnesio‑azufre son una opción prometedora de próxima generación porque usan materiales abundantes y, en teoría, pueden almacenar más energía que las celdas de ion‑litio actuales. Sin embargo, en la práctica se degradan rápidamente y desperdician gran parte de su potencial. Este estudio demuestra que un actor sorprendentemente sutil —el líquido que rodea a las partículas cargadas de la batería— puede determinar el rendimiento de las magnesio‑azufre.

De un líquido simple a una perilla de control clave

En el interior de una batería magnesio‑azufre, el almacenamiento de energía depende de cómo el azufre cambia de forma durante la carga y la descarga. El azufre no se transforma en un solo paso. En su lugar, atraviesa una familia de moléculas disueltas y en forma de cadena llamadas polisulfuros, cada una con carga negativa y emparejada con iones de magnesio cargados positivamente. Los autores se dieron cuenta de que la forma en que las moléculas del disolvente en el electrolito líquido rodean a estos pares —conocida como solvatación— había sido en gran medida pasada por alto, aunque podría influir fuertemente en la facilidad con la que el azufre pasa de una forma a otra.

Comparando cuatro líquidos casi idénticos

Para probar esta idea, el equipo comparó cuatro disolventes éter estrechamente relacionados, etiquetados DME, G2, G3 y G4. Sobre el papel, estos líquidos parecen muy similares: cada uno está construido a partir de unidades repetidas que contienen oxígeno y que pueden unirse a iones de magnesio. Sin embargo, cuando se usan en celdas magnesio‑azufre por lo demás idénticas, producen comportamientos muy distintos. Mediante simulaciones por ordenador, los investigadores examinaron cómo se disponían el magnesio, las cadenas de azufre y las moléculas de disolvente. Definieron una medida de «capacidad de apantallamiento» que captura cuánto el disolvente atrae al magnesio fuera de la cadena de azufre. El disolvente G2 proporcionó el apantallamiento más fuerte, lo que significa que el magnesio interaccionaba más con el líquido y menos directamente con el azufre.

Barreras más bajas y transformaciones más suaves

Este apantallamiento resultó crucial para la suavidad con que las especies de azufre podían cambiar durante la operación de la batería. Cálculos a nivel cuántico mostraron que cuando el disolvente apantalla mejor al magnesio, los enlaces clave en la cadena de azufre se vuelven más fáciles de romper, reduciendo la barrera de energía para la conversión paso a paso de cadenas largas a cadenas cortas y, finalmente, a sulfuro de magnesio sólido. Las pruebas electroquímicas respaldaron esto: las celdas con G2 mostraron menores pérdidas de voltaje, curvas de carga‑descarga más reversibles y mayor utilización del azufre en comparación con los otros disolventes. Mediciones espectroscópicas que siguieron la química en tiempo real confirmaron que, en G2, el azufre progresa de forma más constante a través de las etapas disueltas de polisulfuros y permanece en formas que contribuyen con capacidad significativa en lugar de quedar atrapado en productos inactivos.

Construir sólidos mejores desde el líquido

El entorno líquido también influyó en cómo se formó y creció el producto sólido final, el sulfuro de magnesio, sobre el electrodo de azufre. Mediante pruebas detalladas del comportamiento de nucleación, simulaciones y microscopía electrónica, los autores encontraron que G2 favorece la formación de muchas partículas pequeñas tridimensionales de sulfuro de magnesio que se distribuyen de manera uniforme. Esta capa abierta y de grano fino deja abundantes vías para iones y electrones, de modo que la batería puede seguir funcionando. En contraste, los disolventes menos favorables conducen a depósitos escasos y aglomerados que bloquean poros y aíslan el material activo. El resultado es una pérdida de capacidad más rápida y un peor ciclado.

Convertir los hallazgos en rendimiento práctico

Cuando se suman estas ventajas microscópicas, el electrolito a base de G2 ofrece un rendimiento real notablemente mejor. Las celdas tipo moneda magnesio‑azufre con G2 alcanzan un voltaje de operación de equilibrio alrededor de 1,1 voltios, mantienen un ciclado estable durante más de cien ciclos de carga y descarga, y logran capacidades altas cercanas a las predichas por la teoría. Incluso las celdas de tipo pouch, más próximas a dispositivos prácticos, retienen más de 600 miliamperios‑hora por gramo de azufre tras muchos ciclos. En términos cotidianos, elegir con cuidado el líquido de la batería para aflojar suavemente la interacción entre magnesio y azufre permite que la química funcione de manera más fluida y eficiente.

Qué significa esto para el futuro del almacenamiento de energía

El trabajo demuestra que el líquido en una batería es mucho más que un relleno inerte: coordina activamente cómo las partículas cargadas se encuentran, se mueven y se ensamblan en sólidos. Al diseñar disolventes que apantallen el magnesio lo justo, los investigadores pueden guiar al azufre por caminos de baja resistencia y construir capas de electrodo con mejor comportamiento. Este principio de diseño podría ayudar a cerrar la brecha entre la impresionante promesa teórica de las baterías magnesio‑azufre y los dispositivos fiables y de alta capacidad necesarios para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a gran escala.

Cita: Li, J., Zhao, W., Guo, K. et al. Solvating magnesium polysulfides enables low–barrier speciation for magnesium sulfur batteries. Nat Commun 17, 3751 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70598-7

Palabras clave: baterías magnesio‑azufre, polisulfuros, disolventes de electrolito, almacenamiento de energía, química de baterías