El futuro de las tecnologías de baterías está en el sodio

Un grupo de científicos ha desarrollado una alternativa para las baterías que es menos peligrosa y más duradera que las de iones de litio.

El sodio es un elemento muy abundante en todos los territorios del mundo y también en el mar, también resulta más barato que el litio, y es un elemento químico más fácil de reciclar que el litio. Como punto en contra se destaca que su uso está aún poco desarrollado. Como el sodio es más pesado que el litio, sus iones también se mueven con menos facilidad en el electrolito líquido. La solución es diseñar un electrolito sólido que además no sea inflamable. Dos estudios recientes han logrado resolver este problema. El equipo de investigación sometió el compuesto a fuertes choques, generando altas temperaturas, dentro de un molino de bolas y además, aplicaron la "fuerza" ideal para sobre el electrolito sólido.

Un grupo de científicos ha desarrollado una alternativa para las baterías que es menos peligrosa y más duradera que las de iones de litio utilizando un nuevo material que mejora el rendimiento de las baterías de sodio en estado sólido.

El sodio es más sostenible que el litio, también es abundante en la superficie de la Tierra. El único problema es que sus iones no se mueven con facilidad en el electrolito líquido de las baterías convencionales, por lo que es menos eficiente que el litio. Por ello, los científicos proponen como solución a este inconveniente el desarrollo de un electrolito sólido.

Este gran reto lo han conseguido superar un grupo de científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), y lo han logrado modificando la estructura cristalina de un material compuesto por carbono, boro e hidrógeno (carbohidrato).

El grupo de investigación además de la modificación de la estructura también definió la presión ideal que debe aplicarse a la pila para que funcione eficazmente.

Las baterías de iones de Litio fueron introducidas en el mercado a principios de los años 90, y hoy en día son las responsables de alimentar a la gran mayoría de nuestros dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. Sin embargo, tienen dos grandes deficiencias.

La primera es que el electrolito líquido que contienen, y que permite que los iones positivos fluyan entre los dos electrodos de la batería, es altamente inflamable. Si tiene fugas, puede reaccionar violentamente con el oxígeno, lo que constituye un peligro para los usuarios.

La segunda es que el suministro de litio es problemático: con sus yacimientos distribuidos de forma desigual por todo el mundo. Como solución a estos dos grandes inconvenientes surge una alternativa que es la batería de sodio.

Al contrario que el litio, el sodio es un elemento muy abundante en todo el planeta y también resulta más barato que el litio. Además es más fácil de reciclar que el Litio. Como punto en contra se destaca que su uso está aún poco desarrollado.

"La producción de este tipo de baterías implica una tecnología diferente a la utilizada para las basadas en el litio. La industria todavía es reacia a embarcarse en esta tecnología menos conocida", explica Fabrizio Murgia, investigador del laboratorio de cristalografía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE.

Como el sodio es más pesado que el litio, sus iones también se mueven con menos facilidad en el electrolito líquido. La solución es diseñar un electrolito sólido que además no sea inflamable. Sin embargo, los electrolitos de este tipo desarrollados hasta ahora, compuestos por hidridoboratos (boro e hidrógeno), no han podido alcanzar el rendimiento de las baterías de litio. Dos estudios recientes realizados por el laboratorio de cristalografía de la UNIGE, dirigido por el profesor Radovan Cerny, han logrado resolver este problema.

El primero, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, condujo al desarrollo de un material eficaz: el carbohidridoborato de sodio (NaCB11H12). "Originalmente, este material que se utiliza en medicina nuclear no es conductor", explica Radovan Cerny. "Modificando la estructura de sus cristales, y más concretamente la disposición espacial de los átomos, hemos conseguido que sea conductor, lo que lo convierte en el medio más eficaz para transportar iones de sodio actualmente disponible".

Para lograr este resultado, el equipo de investigación sometió el compuesto a fuertes choques, generando altas temperaturas, dentro de un molino de bolas. Se trata de un método energéticamente eficiente que se utiliza mucho en la industria del cemento.

El segundo proyecto de investigación, publicado en Advanced Materials Interfaces, consistió en poner este material en situación. Para que una batería funcione, el electrolito, ya sea líquido o sólido, debe estar en contacto con los electrodos positivo y negativo de la batería. Por lo tanto, debe estar contenido firmemente dentro de la pila. "Para conseguirlo, hay que aplicar presión mediante tornillos o muelles. Buscamos la "fuerza" ideal para ejercer sobre nuestro electrolito sólido", explica Matteo Brighi, antiguo becario postdoctoral en el laboratorio de cristalografía. Se demostró que debía ser de unas 400 atmósferas, equivalente a la presión bajo el agua a 4.000 metros de profundidad, lo que se puede conseguir muy fácilmente con unas cuantas vueltas de tornillo".

Estos descubrimientos simplifican el camino para facilitar la producción de baterías de sodio, especialmente en la industria del automóvil. "Debido al peso ligeramente superior de estas baterías, podrían utilizarse principalmente para alimentar automóviles” afirma Murgia.

Murgia continúa explicando: “También hay que evaluar la rentabilidad de su fabricación, pero ahora es importante que la industria se dé cuenta de que el material que hemos descubierto es realmente interesante".


Referencia:

Matteo Brighi et al. Mechanical Behavior and Dendrite Resistance of closo‐Hydroborate Solid Electrolyte. Advanced Materials Interfaces 2021. DOI:10.1002/admi.202101254

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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