Las baterías totalmente de estado sólido ofrecen una forma más segura y potente de alimentar vehículos eléctricos fuera de la red, electrónica de potencia y energía renovable. Sin embargo, su ingrediente clave, el litio, es caro y escaso, y su extracción a menudo causa graves daños ambientales.
El sodio presenta una alternativa mucho más barata y abundante y su extracción es mucho menos dañina. Aún así, las baterías de estado sólido a base de sodio han luchado durante mucho tiempo para igualar el rendimiento del litio a temperaturas normales.
“No es una cuestión de sodio versus litio. Necesitamos ambos. Cuando pensamos en las soluciones de almacenamiento de energía del mañana, deberíamos imaginar que la misma gigafábrica puede producir productos basados en químicas de litio y sodio”, dijo Y. Shirley Meng, familia Liew en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzer de UChicago MoChelego. Profesor (Escuela Pritzering de Chicago). “Esta nueva investigación nos acerca a ese objetivo final mientras avanza la ciencia básica a lo largo del camino”.
Se ha publicado un nuevo estudio del grupo de Meng. zoológicoEsto supone un gran paso hacia la solución del problema. Los investigadores han desarrollado una batería de estado sólido a base de sodio que funciona de manera confiable desde temperatura ambiente hasta temperaturas bajo cero, estableciendo un nuevo punto de referencia para el campo.
Según el primer autor, Sam Oh, del Instituto A*STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales de Singapur, que realizó el trabajo mientras visitaba el Laboratorio de Almacenamiento y Conversión de Energía de Meng, los resultados acercan mucho más la tecnología del sodio a competir con el litio en rendimiento electroquímico.
El logro representa un avance fundamental en la ciencia de los materiales.
“El avance que hemos logrado es que en realidad estamos estabilizando una estructura metaestable que no se había informado”, dijo Oh. “Esta estructura metaestable de hidridoborato de sodio tiene una conductividad iónica muy alta, al menos un orden de magnitud mayor que la reportada en la literatura y de tres a cuatro órdenes de magnitud mayor que la anterior”.
Técnicas establecidas, nuevos campos.
Para crear esta estructura, los investigadores calentaron una forma metaestable de hidridoborato de sodio hasta que comenzó a cristalizar y luego la enfriaron rápidamente para fijar la estructura en su lugar. El método es bien conocido en otras áreas de la ciencia de los materiales, pero no se ha utilizado antes para electrolitos sólidos, dijo Oh.
Esa familiaridad práctica puede facilitar la transición de los descubrimientos de la investigación de laboratorio a la producción industrial.
“A medida que se establezca esta estrategia, podremos escalar mejor en el futuro”, dijo Oh. “Si propones algo nuevo o si es necesario cambiar o establecer procesos, la industria será más reacia a aceptarlo”.
La combinación de esa fase metaestable con un cátodo tipo O3 recubierto con un electrolito sólido a base de cloruro puede producir el cátodo grueso y de alta carga superficial que distingue a este nuevo diseño de las baterías de sodio anteriores. A diferencia de las técnicas de diseño con un cátodo delgado, este cátodo grueso contendrá menos material inerte y más “carne” del cátodo.
“A medida que el cátodo se vuelve más grueso, la densidad de energía teórica de la batería (la cantidad de energía dentro de un área determinada) mejora”, dijo Oh.
Las investigaciones actuales han propuesto al sodio como una alternativa viable para las baterías, un paso importante en la lucha contra la escasez y el daño ambiental del litio. Es uno de los muchos pasos adelante.
“Aún queda un largo camino por recorrer, pero lo que hemos hecho con esta investigación ayudará a abrir esa oportunidad”, afirmó Oh.
