A pesar de ser un elemento abundante y barato, el sodio no se caracteriza precisamente por un buen rendimiento como materia prima de baterías. Sus limitadas capacidades han dificultado su aplicación a gran escala.
Un equipo de investigación superó los obstáculos técnicos que tenían relegado al sodio como una opción poco rentable para generar baterías, presentando una nueva fórmula para fabricar baterías a base de sodio con una gran autonomía.
El futuro de las baterías a base de sodio
Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Estados Unidos, desarrollaron una batería de iones de sodio con una longevidad muy extendida en las pruebas de laboratorio. Para concretar en este desarrollo, introdujeron una variación en los ingredientes que componen el núcleo líquido de la batería, que evita los problemas de rendimiento que han afectado a las baterías a base de sodio. Estos reflejan una receta prometedora para una batería económica y sustentable, que algún día podría alimentar vehículos eléctricos y almacenar energía del sol.
En las baterías, el electrolito es el componente que mantiene el flujo de energía, como la «sangre» de un organismo. Su origen se encuentra al disolver sales en solventes, generando como productos iones cargados que fluyen entre los electrodos positivos y negativos. En la medida que una batería se desgasta, por su uso y el paso del tiempo, las reacciones electroquímicas que mantienen el flujo de energía se vuelven cada vez más lentas, deteriorándose progesivamente su capacidad de recargarse.
Actualmente, bajo la tecnología con la que se desarrollan las baterías de iones de sodio, el proceso de desgaste recién mencionado ocurre de una manera mucho más acelerada que en el caso de las baterías de iones de litio, que hoy predominan en una amplia variedad de usos.
El equipo de PNNL, dirigido por los científicos Yan Jin y Phung Le, abordó ese problema cambiando la solución líquida y el tipo de sal que fluye a través de ella, para crear una nueva receta de electrolitos. En sus ensayos de laboratorio, el nuevo diseño resultó ser duradero, manteniendo el 90% de su capacidad de celda después de 300 ciclos a 4,2 volts, superando el rendimiento de la mayoría de las baterías de iones de sodio dadas a conocer previamente.
La receta actual de electrolitos para las baterías de iones de sodio hace que la película protectora del extremo negativo (el ánodo) se disuelva con el tiempo. Esta película es fundamental porque permite que los iones de sodio pasen mientras se conserva la vida útil de la batería. La tecnología diseñada por PNNL funciona estabilizando esta película protectora. El nuevo electrolito también genera una capa protectora ultrafina en el polo positivo (el cátodo) que contribuye a la estabilidad adicional de toda la unidad.
La nueva tecnología de iones de sodio desarrollada por PNNL utiliza una solución de extinción de incendios naturales que también es impermeable a los cambios de temperatura, capaz de funcionar sin sobresaltos a altos voltajes. Un aspecto fundamental de esta característica es la capa protectora ultrafina que se forma en el ánodo, que permanece estable una vez formada y depende del ciclo de vida prolongada que se señala en el reporte de esta investigación.
“También medimos la producción de vapor de gas en el cátodo”, comentó Phung Le, químico de baterías de PNNL y uno de los autores principales del estudio. “Encontramos una producción de gas muy mínima. Esto proporciona nuevos conocimientos para desarrollar electrolitos estables para baterías de iones de sodio que pueden funcionar a temperaturas elevadas”.
Por ahora, la tecnología de iones de sodio todavía va por debajo del litio en densidad de energía. Aún así, cuenta con sus propias ventajas, como su impermeabilidad a los cambios de temperatura, una destacable estabilidad y un ciclo de vida prolongado, aspectos valiosos para las aplicaciones de ciertos vehículos eléctricos livianos e incluso para el almacenamiento de energía en la red en el futuro.
El equipo detrás de este proyecto sigue trabajando en el perfeccionamiento del mismo. Entre las tareas de mejoramiento, se encuentra la creación de otros diseños, con el fin de reducir, e incluso eliminar, la presencia de cobalto, un material tóxico y costoso si no es reciclado.