Las baterías de iones de litio han sido fundamentales para los dispositivos móviles y las energías renovables desde principios de la década de 2000. Sin embargo, la tecnología de iones de litio tiene sus límites e inconvenientes, como los cuellos de botella logísticos debido a la dependencia de metales raros como el cobalto y el níquel. Por otro lado, las baterías de iones de sodio (una estrella en ascenso en la tecnología de almacenamiento de energía) no dependen de elementos raros. El sodio en sí es 500 veces más abundante que el litio. Después de todo, es una parte de la sal de mesa. Ahora, los investigadores han desvelado un nuevo tipo de batería híbrida de iones de sodio que utiliza cátodos de supercondensadores: sistemas de almacenamiento de energía electroquímicos con gran densidad de potencia y tiempos de carga y descarga extremadamente rápidos.
Combinando los mejores aspectos de las baterías y los supercondensadores
El novedoso sistema desarrollado en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) no sólo se carga rápidamente sino que también es más asequible y más seguro que las baterías de iones de litio que actualmente prevalecen en la electrónica de consumo y los automóviles eléctricos. En una demostración, un prototipo con forma de moneda de esta batería híbrida de iones de sodio se cargó “en segundos”, según los investigadores. Esto podría cambiar las reglas del juego, especialmente para el mercado de vehículos eléctricos, donde la ansiedad por el alcance ha obstaculizado la adopción.
Tradicionalmente, las baterías de iones de sodio se han enfrentado a importantes limitaciones. Tenían menor potencia de salida, propiedades de almacenamiento limitadas y tiempos de carga más largos. Algunas de estas limitaciones ahora se han resuelto combinando materiales de ánodos utilizados en baterías tradicionales con cátodos que se encuentran en supercondensadores.
Sin embargo, esto no fue tan simple como mezclar y combinar algunos materiales. La tasa de almacenamiento de energía típicamente lenta de los ánodos tipo batería requiere un aumento. Y también lo hace la capacidad relativamente baja de los materiales catódicos.
La innovación radica en la síntesis de los componentes de la batería. El equipo, dirigido por el profesor Jeung Ku Kang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, utilizó dos estructuras organometálicas diferentes para crear materiales de ánodo y cátodo optimizados que abordan ineficiencias previas en las tasas de almacenamiento de energía.
La celda resultante supera la densidad de energía de las baterías de iones de litio comerciales actuales, al tiempo que conserva las densidades de potencia características de los supercondensadores, es decir, una carga extremadamente rápida. Los hallazgos fueron reportados en la revista Energy Storage Materials.
Un posible punto de inflexión
Se espera que este dispositivo avanzado de almacenamiento de energía tenga amplias aplicaciones, especialmente en vehículos eléctricos y diversos dispositivos electrónicos inteligentes. Con una densidad de energía de 247 Wh/kg y una densidad de potencia de 34.748 W/kg, este desarrollo no sólo proporciona una alternativa viable a las baterías de iones de litio, sino que también posiciona a la tecnología de iones de sodio como pionera en la carrera por soluciones energéticas de mayor rendimiento y eficiencia.
Las baterías de iones de sodio en general están progresando a toda velocidad. La semana pasada, Natron Energy Inc. reveló planes para la primera planta a gran escala en Estados Unidos para fabricar baterías de iones de sodio. La planta se construirá cerca de la costa occidental de Michigan. BloombergNEF predice que las baterías de iones de sodio representarán el 12% del mercado de almacenamiento de energía estacionario para 2030.
En Japón, investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka han desarrollado un nuevo método para fabricar baterías de iones de sodio de estado sólido. El equipo creó un electrolito de sulfuro sólido con la conductividad de iones de sodio más alta del mundo, aproximadamente 10 veces mayor de lo necesario para el uso práctico.
Fuente: ZME Science.
