Investigadores de universidades chinas han logrado un importante salto en el desarrollo de baterías de sodio metálico, una tecnología que podría convertirse en una alternativa aún más económica y accesible a las actuales baterías de litio.
El reto de las baterías del futuro
Las baterías de sodio han captado cada vez más atención porque el sodio es un recurso muy abundante. Lo tienes hasta en tu cocina, es muy barato y si se te acaba, se consigue fácilmente del mar sin la necesidad de depender de complicadas cadenas de suministro.
Tal y como te he adelantado en algún artículo al respecto, este tipo de baterías se enfrentaban hasta ahora a dos obstáculos clave: una conducción iónica lenta y a cierta inestabilidad que favorecía el crecimiento de dendritas, unas estructuras ramificadas que acaban provocando fallos y cortocircuitos.
Un equipo de la Universidad del Sureste, en colaboración con HiNa Battery Technology y la Universidad de Yangzhou, ha diseñado un electrolito cuasi-sólido de doble mediador que termina directamente con estos problemas.
Un electrolito innovador con doble acción
La nueva formulación alcanza un número de transferencia de iones de sodio de 0.94, muy superior al rango habitual de 0.4 a 0.7 en electrolitos cuasi-sólidos convencionales. Además, mantiene una conductividad iónica de 1.3 mS cm⁻¹, lo que permite un flujo mucho más eficiente.
El secreto reside en la combinación de iones de estaño y aniones difluoro (oxalato) borato. Estos componentes trabajan de forma coordinada:
Los DFOB⁻ (oxalato borato) debilitan las interacciones entre los iones de sodio y la red polimérica, liberando más iones para que se muevan con mayor libertad. Las simulaciones muestran velocidades de difusión de sodio hasta seis veces superiores a las de electrolitos líquidos tradicionales.
Los iones de estaño contribuyen a formar una interfaz rica en sodio-estaño en el ánodo, favoreciendo un reparto uniforme del metal.
En el cátodo, los DFOB⁻ generan una capa protectora delgada pero muy resistente que reduce la degradación del electrolito.
Este diseño mejora la estabilidad general, minimiza la polarización y permite obtener una mayor fiabildiad.
Resultados que marcan un antes y un después
Las pruebas de laboratorio han sido excepcionales. En celdas simétricas de sodio, el sistema operó durante 6.000 horas sin fallos por dendritas a una densidad de corriente de 0.1 mA cm⁻², y soportó una densidad crítica de hasta 3.0 mA cm⁻².
Cuando se combinó con cátodos de fosfato de vanadio sódico, las baterías mantuvieron una capacidad de 80.1 mAh g⁻¹ incluso con una carga ultrarrápida (carga completa en aproximadamente cuatro minutos). Tras 2.000 ciclos a una tasa elevada de 3C, conservaron el 90% de su capacidad.
Más allá de las pruebas en laboratorio
Los investigadores no se limitaron a celdas tipo moneda. Fabricaron celdas pouch sin presión que siguieron funcionando correctamente incluso después de ser dobladas repetidamente, y fueron capaces de alimentar un smartphone. También mostraron buen comportamiento con cargas altas y diferentes químicas de cátodo.
Perspectivas de futuro
Con este desarrollo, las baterías de sodio se acercan un paso más a convertirse en una solución viable, segura y muy económica para el almacenamiento de energía a gran escala, desde vehículos eléctricos hasta sistemas de almacenamiento estacionario.
