Los ingenieros de baterías y sus legiones de partidarios han intentado durante años fabricar baterías más baratas a partir de la tecnología dominante de iones de litio, con la esperanza de capturar parte del mercado en crecimiento de 50 mil millones de dólares al año de los iones de litio. El último contendiente favorito entre investigadores, nuevas empresas y capitalistas de riesgo, las baterías de iones de sodio, ha recibido mucha atención después de que los desafíos en la cadena de suministro de minerales inducidos por COVID hicieron que los precios del litio se dispararan. Aún así, para las baterías de iones de sodio pueden tardar años en lograr un competidor de bajo costo y requerirá desarrollo tecnológico y condiciones de mercado favorables, según un nuevo estudio. Energía de la naturaleza.
A menudo se considera que las baterías de iones de sodio tienen costos más bajos y cadenas de suministro más flexibles que las baterías de iones de litio. A pesar de su enorme capacidad, las baterías de iones de sodio todavía enfrentan una ardua lucha. Tienen menos energía por libra que las baterías de iones de litio. Por lo tanto, dejando de lado los posibles menores costos de material, el costo por unidad de energía almacenada sigue siendo alto para las baterías de iones de sodio. Esto probablemente limitará la adopción comercial generalizada, a menos que primero se puedan lograr avances en la investigación. Las áreas más fértiles para el crecimiento se destacan en el estudio, por primera vez a través de una nueva asociación entre el Instituto Precourt de Energía de la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford y el Centro de Baterías SLAC-Stanford. El nuevo programa, STEER, evalúa el potencial técnico y económico de las tecnologías energéticas emergentes y asesora sobre “qué construir, dónde innovar y cómo invertir” para la transición energética. El nuevo estudio examinó más de 6.000 escenarios para probar la solidez de sus hojas de ruta para la competitividad de las baterías de iones de sodio.
“Los precios de las baterías de iones de litio aumentan por primera vez en 2022, lo que hace sonar la alarma sobre la posible necesidad de alternativas. El aumento de la fabricación de iones de sodio a gran escala, un camino prometedor hacia precios más bajos que los actuales”, dijo Adrian Yao. Autor principal del estudio, así como fundador y líder del equipo de STEER, que comenzó en octubre de 2023 como una colaboración de tres oficinas del Departamento de Energía de EE. UU.
“Reconocimos que si, cuándo y cómo las baterías de iones de sodio podrían reducir el precio de las de iones de litio era en gran medida especulativo, especialmente dado que el precio de las baterías de iones de litio continúa cayendo”, dijo el candidato doctoral Yao, quien luego regresó. a la academia. Después de ocho años como fundador y director de tecnología de una startup de baterías de iones de litio, ahora produce sus baterías a gran escala comercial.
Los coasesores de doctorado de Yao son autores principales del nuevo estudio y codirectores de STEER: Sally Benson, profesora de Precourt Family en el Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Energía de la Escuela de Sostenibilidad Doerr; y William Chua, profesor asociado de ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería, de ciencia de fotones en SLAC y de ciencia e ingeniería de la energía en la Escuela Doerr.
“Este estudio sobre iones de sodio fue un gran paso adelante en el lanzamiento de STEER como una nueva forma de guiar la investigación y la inversión en las hojas de ruta tecnológicas más convincentes y, tal vez, incluso más”, dijo Benson, está lejos de tener éxito.
Lo que se debe y no se debe hacer con los iones de sodio
Para competir en precio, especialmente contra una variante de menor costo de la batería de litio y hierro llamada fosfato de litio y hierro, el estudio destaca varias vías importantes para los fabricantes de baterías de iones de sodio. Es primordial aumentar la densidad energética sin el uso de minerales críticos. En particular, los desarrolladores deberían centrarse en las densidades energéticas de litio, hierro y fosfato, al tiempo que se alejan del níquel. Actualmente, la mayoría de los diseños de iones de sodio conocidos se basan en este metal relativamente caro.
“Nuestro objetivo principal, sin embargo, no era predecir años específicos en los que esperamos que los precios se estabilicen, sino sacar a la luz el impacto de diferentes escenarios de mercado sobre la viabilidad de las tecnologías competidoras”, dijo Chua.
“Como tecnólogos e inversores, no podemos asumir que las economías de escala siempre harán bajar los precios una vez que un dispositivo alcance la producción comercial. Sí, habrá una curva de aprendizaje, pero aquí corregimos esa curva y mostramos que no es suficiente en sí misma. propia”, dijo Chua, quien también es director del Instituto Precourt para la Energía. “Los avances en ingeniería contribuirán más a reducir los costos de las baterías de iones de sodio que simplemente aumentar la producción”.
En general, vale la pena seguir con estos desarrollos y nuevas químicas de baterías, dijeron los investigadores. El Análisis de la cadena de suministro de almacenamiento de energía 2022 del Departamento de Energía señala que la diversificación de tecnologías para los sistemas de almacenamiento de energía de la red puede aumentar la resiliencia general de la cadena de suministro. Seguir dependiendo tanto de las baterías de iones de litio mientras una transición energética global sostenible requiere un mayor almacenamiento de energía planteará riesgos de seguridad, económicos y geopolíticos. Por ejemplo, el estudio simula cómo se intensificaría la competencia por los iones de sodio si se produjeran perturbaciones en el suministro de grafito, un material clave utilizado en las baterías de iones de litio donde China representa más del 90 por ciento del suministro mundial. De hecho, el 3 de diciembre de 2024, China comenzó a limitar significativamente las exportaciones de grafito a Estados Unidos, al tiempo que prohibía las exportaciones de otros tres minerales clave.
El estudio también identifica las fuerzas del mercado y las condiciones de la cadena de suministro que podrían dañar la competitividad de los iones de sodio con respecto a los iones de litio. Por ejemplo, si los precios del litio continúan estando cerca de mínimos históricos hoy en día, el ion sodio tiene un pequeño conjunto de caminos tecnológicos para volverse rentable en precio durante la próxima década.
“Una de las cosas clave que aprendimos de los profesionales de la industria es que, si bien los costos de las celdas de batería son significativos, las tecnologías solo tienen éxito a nivel de sistemas, como un vehículo eléctrico o un sistema de almacenamiento de energía de batería a escala de red. Un enfoque más holístico proporciona , incluida la comprensión del costo de la seguridad y otras consideraciones del sistema”, dijo Yao.
