Unas mejores baterías recargables gracias los iones de sodio

Los dispositivos digitales, las tecnologías de energía renovable y los vehículos eléctricos están aumentando el mercado de las baterías de iones de litio. Sin embargo, estas baterías recargables de alto rendimiento presentan algunos inconvenientes. Contienen materias primas posiblemente tóxicas, pueden explotar cuando se sobrecalientan o sobrecargan, y son más caras que otras baterías recargables. Una alternativa que puede ser atractiva es la batería de iones de sodio, que promete una mejor seguridad, menores costes y menores efectos negativos para el medio ambiente.

Con esto en mente, los investigadores respaldados por el proyecto SEED, financiado con fondos europeos, se han centrado en los iones de sodio para investigar nuevas combinaciones de soluciones de electrolitos y materiales de electrodos. Sus hallazgos se publicaron en la revista «Advanced Energy Materials».«A diferencia de las baterías de iones de litio, que se basan en el almacenamiento de iones de litio en los electrodos positivo y negativo de la batería, por un lado, estamos trabajando con iones de sodio, que también se encuentran en la sal de mesa barata. Por otro lado, almacenamos los iones de sodio junto con su capa de solvato, es decir, las moléculas de disolvente de la solución de electrolitos que separan los dos electrodos. Esto hace posible conseguir reacciones de almacenamiento totalmente nuevas», explica el autor sénior del estudio, el catedrático Philipp Adelhelm, de la Universidad Humboldt de Berlín (HU Berlin), entidad anfitriona del proyecto SEED, en una noticia publicada en el sitio web del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB).

La intercalación es el proceso por el que se inserta un ion huésped en una red hospedadora. Cuando los iones se almacenan junto con su capa de solvatación en una red cristalina, hablamos de una intercalación conjunta. Aunque hasta ahora este concepto se había limitado al electrodo negativo de la batería de iones de sodio, el equipo de investigación logró ampliarlo al electrodo positivo de la batería. El primer autor del estudio, el doctor Guillermo Álvarez Ferrero, también de la HU Berlin, aclara: «Con disulfuro de titanio y grafito, hemos combinado por primera vez dos materiales que absorben y liberan el mismo disolvente durante la carga y descarga de la batería».

Como se informa en la noticia, con ayuda de mediciones operativas realizadas en el difractómetro de dispersión de energía LIMAX-160 en el X-Ray CoreLab del HZB, el equipo identificó cambios en el material durante la carga y descarga. Esto les permitió fijar el mecanismo de intercalación conjunta dentro de la batería. Con estos nuevos conocimientos, desarrollaron la primera prueba de concepto de la batería de intercalación conjunta de disolventes: una batería con dos electrodos que se basan en la intercalación conjunta reversible de moléculas de disolventes.

«Todavía estamos en las primeras etapas, en las que pretendemos averiguar las implicaciones de las baterías de intercalación conjunta. Sin embargo, podemos prever algunas ventajas posibles —destaca la doctora y coautora del estudio Katherine Mazzio, del HZB—. El proceso de intercalación conjunta podría mejorar la eficiencia al permitir un mayor rendimiento a baja temperatura. También podría utilizarse para mejorar los conceptos de celdas alternativas, como el uso de iones polivalentes en lugar del almacenamiento de Li+ o Na+, que son especialmente sensibles a la capa de solvatación».

El proyecto SEED (Solvated Ions in Solid Electrodes: Alternative routes toward rechargeable batteries based on abundant elements) de 5 años de duración finaliza en mayo de 2025.

Para más información, consulte:

Proyecto SEED