Una de las tecnologías más prometedoras en baterías de próxima generación es la de iones de sodio, material de bajo coste y buena densidad energética, pero que tiene una vida útil muy limitada. Investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EEUU (DoE) han descubierto el motivo de la degradación temprana del cátodo en baterías de iones de sodio.
El problema está en el proceso de fabricación del cátodo, en palabras simples nacen con un defecto que condiciona su vida útil. Gracias a las instalaciones del Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) de Argonne y en la Fuente de Fotones Avanzados (APS) los investigadores consiguieron dar con la tecla mientras hacían una síntesis de cátodo.
En el proceso tradicional de síntesis los fabricantes calientan lentamente la mezcla de cátodos a una temperatura muy alta en el aire, la mantienen allí durante un tiempo determinado y luego dejan que descienda hasta temperatura ambiente. La caída abrupta de temperatura provoca una superficie menos uniforme del cátodo, pudiendo observarse tensión en la misma.
Por otro lado, mientras se produce una recarga de las baterías, se produce un efecto de contrafase en las áreas tensionadas, lo cual provoca un agrietamiento a nivel molecular -vamos, que se va rompiendo- que lleva al descenso del rendimiento. La degradación es más intensa a altas temperaturas y con carga rápida. Ya tienen un diagnóstico preciso de qué es lo que estaba pasando.
Los investigadores concluyen que hay que tener un mayor control del enfriamiento del cátodo sintetizado, especialmente con grandes masas del mismo, donde es más fácil que haya diferentes temperaturas. Empleando esta técnica también para el ánodo, combinándose con conocimientos previos de mejora de los mismos, confían en lograr una mejora de rendimiento del 20 al 40%.
El resultado de esta investigación, apoyada por el Oficina de Tecnologías de Vehículos del DoE, se ha publicado en Nature Communications con el título: «Native lattice strain induced structural earthquake in sodium layered oxide cathodes». No recomiendo su lectura para quien no tenga conocimientos avanzados de química, le puede dar un buen dolor de cabeza.
