Este ánodo de bajo coste para baterías de sodio marcará un antes y un después
Un equipo alemán ha desarrollado un nuevo ánodo de bajo coste para baterías de sodio con una eficiencia inicial muy superior a la habitual. El avance soluciona uno de los grandes problemas de esta tecnología y refuerza su potencial como alternativa más barata y sostenible al litio.
Un grupo de investigadores en Alemania ha presentado un nuevo ánodo de bajo coste para baterías de sodio que quiere revolucionar la tecnología.
El desarrollo ha logrado una eficiencia inicial del 82% en la primera carga, una cifra muy por encima de lo habitual en este tipo de baterías y que acerca al sodio a competir de tú a tú con las actuales baterías de litio, especialmente en aplicaciones como el almacenamiento energético y, a medio plazo, los coches eléctricos.
El ánodo, desarrollado en el Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM), se basa en carbono activado barato y respetuoso con el medio ambiente, y utiliza una ingeniosa estructura de tipo núcleo-cubierta. El objetivo es solucionar uno de los grandes problemas de las baterías de sodio: la enorme pérdida de energía que se produce durante el primer ciclo de carga, incluso antes de que la batería empiece a usarse.
Según explican los investigadores, hasta ahora era prácticamente imposible lograr alta capacidad de almacenamiento y buena eficiencia inicial usando un solo material. Tal y como señala Tim-Patrick Fellinger, responsable del proyecto, los materiales que mejor almacenan sodio suelen ser también los que más pérdidas sufren durante la formación de la película protectora interna del ánodo.
El nuevo diseño consigue reducir estas pérdidas hasta cuatro veces frente a los ánodos de carbono sin recubrimiento, uno de los principales lastres que han frenado el desarrollo comercial de las baterías de sodio.
Un paso clave para las baterías de sodio
Las baterías de sodio llevan tiempo señaladas como una alternativa prometedora a las de litio, sobre todo por una cuestión de costes y sostenibilidad. El sodio es unas 50 veces más barato que el litio, mucho más abundante y su extracción resulta menos agresiva para el medio ambiente. Sin embargo, mientras las baterías de litio superan con facilidad el 90% de eficiencia, las de sodio se quedaban muy atrás debido a las pérdidas irreversibles que se producen durante la primera carga.
Este problema se origina por una reacción química entre el ánodo y el electrolito, el líquido conductor que permite el movimiento de los iones dentro de la batería. Durante ese proceso, las moléculas del electrolito se descomponen y penetran en los poros del carbono duro del ánodo, ocupando espacios que deberían quedar libres para almacenar iones de sodio. El proceso solo se detiene cuando se forma una capa protectora estable, pero esa capa consume sodio y reduce de forma permanente la energía utilizable de la batería.
En las baterías de litio este problema es mucho menor gracias al uso de ánodos de grafito, un material más denso. El sodio, sin embargo, no puede almacenarse en grafito, lo que obliga a recurrir a estructuras porosas con más inconvenientes.
La solución propuesta por el equipo alemán pasa por separar físicamente el almacenamiento de energía y la formación de la película protectora. El ánodo cuenta con un núcleo de carbono duro con estructura esponjosa, ideal para almacenar grandes cantidades de sodio, recubierto por una capa exterior ultrafina que actúa como filtro molecular.
Esta cubierta permite el paso de los iones de sodio, pero bloquea las moléculas más grandes del electrolito que provocan reacciones indeseadas. De este modo, la película protectora se forma de manera controlada en la superficie externa, sin invadir el núcleo poroso del ánodo.
El resultado es una mejor conservación de la capacidad de almacenamiento y una mayor estabilidad a lo largo de los ciclos de carga. En las pruebas de laboratorio, el ánodo alcanzó una eficiencia inicial del 82%, frente al escaso 18% de los ánodos de carbono duro sin recubrimiento.
Los investigadores destacan que esta separación entre formación y almacenamiento abre la puerta a mejoras independientes en ambos aspectos, algo que hasta ahora no era posible. Además, recuerdan que la mayoría de los avances recientes en baterías se han centrado en el cátodo, un componente que ya está cerca de sus límites teóricos. En cambio, en el caso del ánodo todavía queda mucho margen para innovar.
