Los investigadores han alcanzado un hito notable con la creación de la primera batería de sodio de estado sólido que funciona sin la necesidad de un ánodo (electrodo positivo). Este desarrollo representa una innovación en la tecnología de baterías, proporcionando una alternativa económica, de recarga rápida y con gran capacidad energética, perfecta para su uso en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
Aunque las baterías de sodio sólidas y sin ánodo no son nuevas, la exitosa integración de las nuevas ventajas que ofrecen, es una primicia. Este progreso marca un paso significativo hacia una transición energética más verde y eficiente.
Tecnología innovadora
La publicación en Nature Energy detalla el diseño de una arquitectura de batería de sodio pionera, capaz de soportar ciclos de carga estables durante cientos de ciclos. Esta tecnología innovadora prescinde del ánodo y se beneficia del sodio, un recurso mucho más abundante y económico que el litio, lo que conduce a una batería más asequible y amigable con el medio ambiente. Su diseño avanzado de estado sólido no solo augura una fabricación más sostenible, sino que también asegura una batería fiable y de alto rendimiento.
Este hallazgo marca un avance científico significativo y es un paso crucial para superar el desafío de escalar la producción de baterías, un requisito indispensable para que la economía mundial pueda desvincularse de los combustibles fósiles.
Los investigadores subrayan la importancia crítica de esta transición, señalando: “Para alcanzar la meta de una economía descarbonizada, necesitaremos cientos de teravatios-hora en baterías. Es esencial que aumentemos la producción de baterías de manera acelerada”.
Para alcanzar una densidad energética en las baterías de sodio comparable a las baterías de litio, ha sido esencial el desarrollo de una nueva arquitectura para las baterías de sodio, marcando un paso importante en la evolución de la tecnología de almacenamiento energético.
A diferencia del litio, que se ha utilizado tradicionalmente en la fabricación de baterías y se encuentra en la corteza terrestre en aproximadamente 20 partes por millón (ppm), el sodio es mucho más abundante, con una concentración de 23.600 ppm. Esta amplia disponibilidad del sodio no solo hace que su extracción sea más sencilla y económica, sino que también implica una reducción de la huella ecológica durante la producción de baterías.
La escasez creciente de litio, sumada al aumento de la demanda de baterías de iones de litio para dispositivos electrónicos como laptops, teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos, ha llevado a un alza notable en los precios, lo que a su vez ha hecho que las baterías sean menos accesibles para una gran cantidad de consumidores.
Opción más ecológica
Por otro lado, las reservas de litio se encuentran altamente concentradas en ciertas áreas geográficas. Más de 75% de las reservas globales de litio se sitúan en el llamado “Triángulo del Litio”, integrado por Bolivia, Argentina y Chile, con depósitos adicionales en Australia y EE. UU.
Los expertos han resaltado la importancia de un esfuerzo colaborativo internacional para asegurar el acceso a materiales esenciales. No obstante, la extracción de litio conlleva consecuencias ambientales adversas, tanto por el empleo de ácidos industriales en el procesamiento del mineral como por el método predominante de extracción de salmuera, que requiere el bombeo de grandes cantidades de agua hacia la superficie para su posterior evaporación.
En contraste, el sodio, presente en abundancia en el agua marina y en la extracción minera del carbonato de sodio, se presenta como una opción más ecológica para la producción de baterías. Los progresos tecnológicos han incrementado su viabilidad, posicionándolo como una alternativa prometedora.
¿Cómo funcionan las baterías? Las baterías tradicionales están equipadas con un ánodo que retiene iones durante la carga. Estos iones viajan del ánodo al cátodo a través de un electrolito (sustancia que se comporta como un conductor eléctrico), suministrando energía a dispositivos y vehículos.
Por su parte, las baterías anódicas no tienen ánodo y almacenan los iones mediante la deposición electroquímica de metales en el colector de corriente. Este avance aumenta el voltaje de la celda, reduce costos y mejora la densidad energética, pero enfrenta desafíos notables. Los científicos indican que para el óptimo funcionamiento de las baterías anódicas, es esencial un contacto efectivo entre el electrolito y el colector.
Los electrolitos líquidos facilitan esto, al fluir y cubrir todas las áreas requeridas. Sin embargo, erosionan los materiales y reduce la eficiencia de la batería con el tiempo.
Escenario diversificado
El equipo de científicos ha desarrollado una estrategia innovadora y de vanguardia para enfrentar este desafío. Han revolucionado el diseño tradicional al crear un colector de corriente que encapsula al electrolito, en lugar de estar circundado por él.
Este colector se ha fabricado con polvo de aluminio, un material sólido que sorprendentemente fluye como si fuera líquido. Durante el ensamblaje de la batería, el polvo se somete a una presión intensa, resultando en un colector de corriente robusto que mantiene un contacto constante y eficaz con el electrolito. Este contacto mejora significativamente el ciclo de vida de la batería, facilitando un proceso de fabricación más rentable y eficiente, lo que representa un avance decisivo para esta tecnología emergente.
Para proteger y promover su innovación, los autores del artículo han tramitado una solicitud de patente, marcando un paso importante en la comercialización de su investigación. La visión es alcanzar un escenario energético diversificado, en el que diversas opciones de baterías sostenibles y accesibles, capaces de almacenar energía renovable, satisfagan las necesidades de la sociedad.
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