El sodio, un candidato ideal y abundante para reemplazar al litio en las baterías

Una batería de iones de sodio que contiene tanta energía y funciona tan bien como algunas pilas de iones de litio comerciales, desarrollada en la Universidad de Washington State (WSU), hace posible una tecnología de batería potencialmente viable resultado de materiales abundantes y baratos.

El equipo, del que forma parte el PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) informa uno de los mejores resultados hasta la fecha para una batería de iones de sodio. Es capaz de entregar una capacidad similar a algunas baterías de iones de litio y recargarse exitosamente, manteniendo más del 80 por ciento de su carga después de 1000 cargas. La investigación, dirigida por Yuehe Lin, profesora de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU, y Xiaolin Li, investigadora científica de PNNL, se publica en la revista ACS Energy Letters.

Las baterías de iones de litio son ubicuas, se utilizan en numerosas aplicaciones, como teléfonos celulares , computadoras portátiles y vehículos eléctricos . Pero están hechos de materiales, como el cobalto y el litio, que son escasos y caros. A medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos y el almacenamiento de electricidad, estos materiales serán más difíciles de obtener y posiblemente más caros. Las baterías a base de litio también serían problemáticas para satisfacer la enorme demanda creciente de almacenamiento de energía de la red eléctrica.

Por otro lado, las baterías de iones de sodio, hechas de sodio barato, abundante y sostenible de los océanos o la corteza terrestre, podrían ser un buen candidato para el almacenamiento de energía a gran escala. Desafortunadamente, no tienen tanta energía como las baterías de litio.

También tienen problemas para recargarse, ya que serían necesarios para un almacenamiento de energía efectivo. Un problema clave para algunos de los materiales catódicos más prometedores es que una capa de cristales de sodio inactivos se acumula en la superficie del cátodo, deteniendo el flujo de iones de sodio y, en consecuencia, matando la batería.

Como parte del trabajo, el equipo de investigación creó un cátodo de óxido de metal en capas y un electrolito líquido que incluía iones de sodio adicionales, creando una sopa más salada que tenía una mejor interacción con su cátodo. Su diseño de cátodo y sistema de electrolitos permitieron el movimiento continuo de iones de sodio, evitando la acumulación inactiva de cristales en la superficie y permitiendo la generación de electricidad sin obstáculos.

"Nuestra investigación reveló la correlación esencial entre la evolución de la estructura del cátodo y la interacción de la superficie con el electrolito", dijo Lin. "Estos son los mejores resultados reportados para una batería de iones de sodio con un cátodo en capas, lo que demuestra que esta es una tecnología viable que puede ser comparable a las baterías de iones de litio".

Los investigadores ahora están trabajando para comprender mejor la importante interacción entre su electrolito y el cátodo, para que puedan trabajar con diferentes materiales para mejorar el diseño de la batería. También quieren diseñar una batería que no use cobalto, otro metal relativamente caro y raro.

"Este trabajo allana el camino hacia baterías prácticas de iones de sodio, y las ideas fundamentales que obtuvimos sobre la interacción cátodo-electrolito arrojan luz sobre cómo podríamos desarrollar futuros materiales de cátodo sin cobalto o con bajo contenido de cobalto en baterías de iones de sodio, así como en otros tipos de química de baterías ", dijo Song. "Si podemos encontrar alternativas viables al litio y al cobalto, la batería de iones de sodio realmente podría ser competitiva con las baterías de iones de litio. Y eso sería un cambio de juego", agregó.