2.000 Wh/kg: el avance chino que puede cambiar el almacenamiento energético para siempre

Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, en China, han presentado un nuevo diseño de batería de sodio y azufre que logra cifras de densidad energética y potencia que ni soñábamos con alcanzar. El objetivo es claro: ofrecer una alternativa más barata y más segura a las actuales baterías de litio tanto para coches como para soluciones de almacenamiento de la red.

Los diferentes equipos de investigación trabajan en una alternativa al litio que sea más densa y sobre todo más segura, algo clave para muchos sectores donde la estabilidad térmica es crucial para su futuro.

Aquí es donde entra en juego el sodio. Es abundante, barato y fácil de obtener, lo que lo convierte en un candidato ideal para sustituir al litio en muchas aplicaciones. Por eso, desde hace años, distintos equipos de investigación exploran combinaciones químicas basadas en sodio. Una de las más prometedoras siempre ha sido la del sodio con azufre, aunque hasta ahora estaba lejos de ofrecer prestaciones competitivas.

El salto clave en las baterías de sodio y azufre

El principal problema de las baterías de sodio y azufre tradicionales es que requieren grandes cantidades de sodio para funcionar y aun así entregan bajos voltajes. En las configuraciones clásicas, la reacción del azufre genera cuatro electrones de valencia y, en teoría, podría alcanzar 3,6 V, pero reproducir este comportamiento a temperatura ambiente resultaba extremadamente complicado.

En la práctica, la reacción S/Na₂S en el cátodo se quedaba por debajo de 1,6 V, muy lejos de lo que ofrecen las baterías de iones de litio. Para compensarlo, era necesario sobredimensionar el ánodo con hasta diez veces más sodio, lo que penalizaba tanto la densidad energética como la de potencia, anulando la ventaja económica del sodio.

El equipo chino ha dado con una solución ingeniosa: cambiar a una química redox S0/S4+ y diseñar una batería sin ánodo activo. En lugar del ánodo convencional, utilizan un colector de corriente de aluminio, junto a un cátodo de azufre S8. Todo ello se combina con dicianamida de sodio en un electrolito cloroaluminato no inflamable, separado por una fibra de vidrio.

Según los investigadores, el anión dicianamida del electrolito permite activar esta nueva química en el cátodo y, al mismo tiempo, mejora la reversibilidad del depósito y retirada de sodio en el ánodo. El resultado es un salto enorme en prestaciones.

Las primeras pruebas ya son muy reveladoras: 1.198 Wh/kg de densidad energética, una capacidad de descarga de 715 mAh/g y una densidad de potencia de 23.773 W/kg. Pero lo más llamativo llega al añadir un catalizador Bi-COF en el cátodo. Con este ajuste, la capacidad sube hasta 1.206 mAh/g y la densidad energética se dispara hasta 2.021 Wh/kg, una cifra que deja en evidencia a muchas químicas actuales.

En cuanto al coste, las estimaciones sitúan esta batería en torno a 5,03 dólares por kWh, enormemente mas baratas que las de litio. A esto se suma una ventaja clave: la seguridad, ya que el electrolito no es inflamable, reduciendo de forma drástica el riesgo de incendio.

Eso sí, no todo está resuelto. El electrolito utilizado es altamente corrosivo, complicado de manejar y solo estable a corto plazo cuando se expone al aire. La durabilidad a largo plazo aún es una incógnita, y será uno de los puntos críticos antes de pensar en una producción comercial.

Aun así, el equipo se muestra optimista. Consideran que estos problemas técnicos pueden resolverse y que esta tecnología podría mejorar la seguridad y el coste de dispositivos tan variados como wearables, sistemas de almacenamiento para la red eléctrica e incluso, a medio plazo, coches eléctricos. Los resultados del estudio han sido publicados en la revista Nature, lo que da una idea del impacto potencial de este avance.

Fuente | Nature