Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington State (WSU), ha creado una batería de iones de sodio que, en la práctica, es capaz de igualar el funcionamiento de las de litio. En el laboratorio, esta batería ha logrado resolver los dos inconvenientes de los que adolece esta tecnología: la capacidad energética y la recarga. Ha sido capaz almacenar tanta energía como las de iones de litio y mantener más del 80% de su capacidad después de 1.000 ciclos de carga y descarga.

Las baterías de iones de litio se utilizan hoy en día en la práctica totalidad de las aplicaciones móviles, como teléfonos, ordenadores portátiles o vehículos eléctricos. Su mayor inconveniente es que los materiales de los que se componen, como el cobalto y el litio, son escasos y caros. A medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos y de las instalaciones estacionarias de almacenamiento de electricidad, estos materiales se harán más difíciles de obtener y posiblemente elevarán su precio.

Las baterías de iones de sodio podrían ser pronto una alternativa económica y viable a las baterías de iones de litio. El sodio es un material que se obtiene de los océanos o de la corteza terrestre y por lo tanto es barato, abundante y sostenible, lo que lo convierte en un gran candidato para el almacenamiento de energía a gran escala. Desafortunadamente, no tienen tanta energía como las baterías de litio y también dan problemas de degradación a la hora de cargarse y descargarse. El inconveniente 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, destruyendo la batería.

Esquema de funcionamiento de una batería de sodio.

El equipo de la Universidad de Washington State (WSU) del que forma parte el PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) ha publicado un trabajo de investigación sobre una batería de iones de sodio que contiene tanta energía y funciona tan bien como algunas de las baterías de iones de litio comerciales. Los resultados presentados son los más prometedores hasta la fecha para una batería que emplea esta tecnología. Es capaz de almacenar una capacidad de energía similar a la de algunas baterías de iones de litio y recargarse  manteniendo más del 80 por ciento de su carga después de 1.000 ciclos.

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.

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 un medio salino que mejora la interacción con el cátodo. El diseño admite el movimiento continuo de los iones de sodio, evitando la acumulación inactiva de cristales en la superficie y permitiendo la generación continua de electricidad.

“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”.

Como continuación de su investigación, el equipo está trabajando para comprender mejor la interacción entre el nuevo electrolito y el cátodo, para que puedan trabajar con diferentes materiales y mejorar el diseño de la batería. También quieren lograr una batería que prescinda totalmente del cobalto, un material que también es poco abundante y caro de obtener.  

“Este trabajo está allanando el camino hacia la consecución de baterías de iones de sodio funcionales, gracias al aprendizaje obtenido sobre la interacción cátodo-electrolito, que ha arrojado luz sobre para desarrollar futuros materiales de cátodo sin cobalto o con bajo contenido de cobalto tanto para baterías de iones de sodio, como para otro tipo de química de baterías “, dijo Song. “Si podemos encontrar alternativas viables al litio y al cobalto, la batería de iones de sodio podría ser realmente competitiva con las baterías de iones de litio “, agregó.