Un grupo de investigadores de la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ha informado de los mejores resultados del desarrollo de una novedosa batería de iones de sodio, capaz de entregar una capacidad similar a algunas baterías de iones de litio y recargarse con éxito manteniendo más del 80 % de su carga después de 1.000 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, y que ha sido publicada en la revista ACS Energy Letters, recoge que el sodio sustituirá en un futuro al litio en las nuevas baterías.
Las baterías actuales, elaboradas a base de litio, son ubicuas y se utilizan en numerosas aplicaciones, tales como teléfonos celulares, ordenadores portátiles o vehículos eléctricos, pero están fabricadas a base de materiales, como el cobalto y el litio, que son escasos y caros, por lo que a medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos y la necesidad de almacenamiento de electricidad, estos materiales serán más difíciles de obtener y posiblemente más caros. Además, las baterías a base de litio no podrán satisfacer en el futuro la enorme demanda creciente de almacenamiento de energía de la red eléctrica.
Sin embargo, las baterías de iones de sodio, están construidas a base de sodio, un material barato, abundante y sostenible, que puede obtenerse de los océanos o la corteza terrestre, por lo podrían almacenar de forma económica energía a gran escala.
Desafortunadamente, no tienen tanta energía como las baterías de litio, y cuentan con algunos 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, este equipo de investigadores 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.
Según Lin, "nuestra investigación ha revelado la correlación esencial entre la evolución de la estructura del cátodo y la interacción de la superficie con el electrolito", que ha añadido que "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 están trabajando ahora 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. Además, pretenden diseñar una batería que no use cobalto, otro metal relativamente caro y raro.
Para Song, "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".
