Si bien las baterías de iones de litio han sido la tecnología de referencia para todo, desde teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta automóviles eléctricos, las preocupaciones sobre el futuro están aumentando porque el litio es relativamente escaso, costoso y difícil de conseguir, y pronto podría convertirse en un problema geopolítico. en riesgo debido a Consideraciones Científicos de todo el mundo están trabajando para desarrollar alternativas viables.
Un equipo internacional de investigadores interdisciplinarios, incluido el Laboratorio de Investigación Canepa de la Universidad de Houston, ha desarrollado un nuevo tipo de material para baterías de iones de sodio que podría hacerlas más eficientes y aumentar su eficiencia energética. y el futuro de la energía asequible.
Un nuevo material, el fosfato de sodio y vanadio con fórmula química NaincógnitaV2(CORREOS4)3Mejora el rendimiento de la batería de iones de sodio al aumentar la densidad de energía (la cantidad de energía almacenada por kilogramo) en más de un 15%. Con una alta densidad de energía de 458 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg), en comparación con los 396 Wh/kg de las baterías de iones de sodio más antiguas, este material acerca la tecnología del sodio a la competencia con las baterías de iones de litio.
“El sodio es aproximadamente 50 veces más barato que el litio y también se puede obtener del agua de mar, lo que lo convierte en una opción mucho más sostenible para el almacenamiento de energía a gran escala”, dijo Pieremanuele Canepa, profesor asistente Robert Welch de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UH e investigador principal. . del Laboratorio Canepa. “Las baterías de iones de sodio pueden ser baratas y fáciles de producir, lo que ayuda a reducir la dependencia del litio y hace que la tecnología de las baterías sea más accesible en todo el mundo”.
De la teoría a la realidad
El laboratorio Canepa, que utiliza conocimientos teóricos y métodos computacionales para descubrir nuevos materiales y moléculas que ayuden a avanzar en tecnologías de energía limpia, colaboró con grupos de investigación dirigidos por los investigadores franceses Christian Muskellier y Laurence Kroginek. La Universidad de Picardía forma parte del laboratorio CNRS de Jules. Verne, en Amiens Francia, y el Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Université de Bordeaux, Bordeaux, Francia, por el trabajo experimental en el proyecto. Esto permitió que el modelado teórico se sometiera a una validación experimental.
Los investigadores construyeron un prototipo de batería utilizando el nuevo material, Na.incógnitaV2(CORREOS4)3demostrando mejoras significativas en el almacenamiento de energía. NoincógnitaV2(CORREOS4)3Como parte de un grupo llamado “conductores superiónicos de Na” o NaSICON, los iones de sodio están diseñados para entrar y salir fácilmente de una batería durante la carga y descarga.
A diferencia de los materiales existentes, tiene una forma única de manejar el sodio, lo que le permite funcionar como un sistema monofásico. Esto significa que permanece estable mientras libera o absorbe iones de sodio. Esto permite que NaSICON permanezca estable durante la carga y descarga mientras proporciona un voltaje constante de 3,7 voltios en comparación con el sodio metálico, que es superior a los 3,37 voltios de los materiales actuales.
Si bien esta diferencia puede parecer pequeña, aumenta significativamente la densidad de energía de la batería, o la cantidad de energía que puede almacenar para su peso. La clave de su rendimiento es el vanadio, que puede existir en múltiples estados estables, lo que le permite capturar y liberar más energía.
“La variación continua de voltaje es una característica clave”, dijo Canepa. “Esto significa que la batería puede funcionar de manera más eficiente sin comprometer la estabilidad del electrodo. Este es un punto de inflexión para la tecnología de iones de sodio”.
Perspectivas de un futuro sostenible
Las implicaciones de este trabajo se extienden más allá de las baterías de iones de sodio. Se utiliza un método de síntesis para producir Na.incógnitaV2(CORREOS4)3 Se puede aplicar a otros materiales con una química similar, abriendo nuevas posibilidades para la tecnología avanzada de almacenamiento de energía. Esto, a su vez, podría afectar todo, desde baterías más asequibles y duraderas hasta la alimentación de nuestros dispositivos para ayudarnos a hacer la transición hacia una economía energética más limpia.
“Nuestro objetivo es encontrar soluciones limpias y sostenibles para el almacenamiento de energía”, afirmó Canepa.
Un artículo basado en este trabajo fue publicado en la revista Nature Materials. Zeliang Wang, ex alumno de Canepa y ahora becario postdoctoral en la Universidad Northwestern, y Sunkyu Park, ex alumno de los investigadores franceses y ahora ingeniero de Samsung SDI en Corea del Sur, realizaron gran parte del trabajo en el proyecto.
