Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han desarrollado una batería de iones de sodio con una longevidad muy superior en las pruebas de laboratorio, superando así uno de los principales obstáculos que dificultan la aplicación a gran escala de esta tecnología.
En un artículo publicado en la revista Nature Energy, los científicos explican que un cambio en los ingredientes que componen el núcleo líquido de la batería evita los problemas de rendimiento que hasta ahora han afectado a las baterías de sodio.
La expectativa -dicen- es que un día esta batería alimente vehículos eléctricos y almacene energía del sol.
“Aquí hemos demostrado, en principio, que las baterías de iones de sodio tienen el potencial de ser una tecnología de baterías duradera y respetuosa con el medio ambiente”, dijo Jiguang (Jason) Zhang, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa.
Zhang explicó que, en las baterías, el electrolito es la “sangre” circulante que mantiene el flujo de energía. El electrolito se forma mediante la disolución de sales en disolventes, lo que da lugar a iones cargados que fluyen entre los electrodos positivo y negativo. Con el tiempo, las reacciones electroquímicas que mantienen la energía fluyendo se vuelven lentas, y la batería ya no puede recargarse. En las tecnologías actuales de baterías de iones de sodio, este proceso ocurre mucho más rápido que en las baterías similares de iones de litio.
El equipo del PNNL, por tanto, atacó este problema cambiando la solución líquida y el tipo de sal que fluye por ella para crear una receta de electrolito totalmente nueva. En las pruebas de laboratorio, el nuevo diseño demostró ser duradero, manteniendo el 90% de la capacidad de su celda después de 300 ciclos a 4,2 V, lo que es superior a la mayoría de las baterías de iones de sodio que se habían registrado anteriormente.
La receta también demostró tener un efecto estabilizador en la película protectora del ánodo, que normalmente se disuelve con el tiempo.
Según Zhang y sus colegas, el nuevo electrolito también genera una capa protectora ultrafina en el cátodo que proporciona estabilidad adicional a toda la unidad.
Protección contra incendios
La nueva tecnología de iones de sodio utiliza una solución naturalmente ignífuga que también es impermeable a los cambios de temperatura y puede funcionar a altos voltajes. Una de las claves de esta característica es la capa protectora ultrafina que se forma en el ánodo. Esta capa ultrafina se mantiene estable una vez formada, lo que proporciona la larga vida útil que se indica en el artículo de investigación.
“También medimos la producción de vapor de gas en el cátodo”, explicó Phung Le, coautor del estudio. “Encontramos una producción de gas muy mínima. Esto aporta nuevas ideas para desarrollar electrolitos estables para baterías de iones de sodio que puedan funcionar a temperaturas elevadas”.
Le señaló que, por ahora, la tecnología de iones de sodio sigue estando por detrás del litio en cuanto a densidad energética. Pero tiene sus propias ventajas, como la impermeabilidad a los cambios de temperatura, la estabilidad y el largo ciclo de vida, que son valiosas para las aplicaciones de ciertos vehículos eléctricos ligeros e incluso para el almacenamiento de energía en la red en el futuro.
Para llegar a esas aplicaciones, el equipo de investigación sigue perfeccionando su diseño.
Le señaló que él y sus coautores también están experimentando con otros diseños en un esfuerzo por reducir -y eventualmente eliminar- la necesidad de utilizar cobalto.
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