El sodio da un nuevo paso adelante con una batería más estable y resistente
Un grupo de investigadores han desarrollado una batería de sodio mucho más estable utilizando un aditivo extremadamente barato; el nuevo diseño mejora la seguridad, reduce los problemas internos y multiplica la vida útil; un avance que acerca esta tecnología a aplicaciones reales.
Las baterías de sodio siguen ganando protagonismo como una de las grandes alternativas al litio, principalmente por su bajo coste y facilidad de reciclaje. El problema es que esta tecnología todavía arrastra importantes limitaciones relacionadas con la seguridad, la estabilidad y la vida útil.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur asegura haber dado un importante paso adelante gracias a un aditivo extremadamente barato y fácil de fabricar. El resultado es una batería de sodio en estado sólido mucho más estable, segura y capaz de funcionar durante más de 2.000 horas sin fallos.
Uno de los mayores problemas de las baterías de sodio actuales es que muchas siguen utilizando electrolitos líquidos inflamables. Estos materiales pueden sufrir fugas o incluso provocar incendios en determinadas condiciones.
Para evitarlo, los investigadores trabajan desde hace tiempo con electrolitos sólidos de polímero. El inconveniente es que este tipo de materiales suele tener una conductividad baja y además presenta problemas de estabilidad cuando entra en contacto con el sodio metálico.
Con el paso del tiempo aparecen las llamadas dendritas. Se trata de pequeñas estructuras metálicas con forma de aguja que terminan atravesando el electrolito y provocando cortocircuitos internos capaces de destruir la batería.
Un aditivo barato mejora la conductividad y evita las dendritas
El equipo de Singapur encontró una solución utilizando nitruro de carbono grafítico, conocido como GCN. Un material que puede producirse calentando urea a unos 550 grados centígrados, utilizando por tanto una materia prima muy barata y ampliamente disponible.
Este compuesto se añadió a una película de electrolito formada por óxido de polietileno y sal de sodio. Según los investigadores, las láminas ultrafinas de GCN reorganizan la estructura interna del polímero, facilitando el movimiento de los iones y aumentando la resistencia mecánica del material.
El resultado es una mejora muy importante del rendimiento. La conductividad iónica se duplicó a 55 grados y además aumentó de forma notable la capacidad de transporte de los iones de sodio dentro de la batería.
Los científicos explican que las zonas ricas en nitrógeno presentes en la superficie del GCN ayudan a separar los iones de sodio de sus pares de sal, aumentando así la cantidad de partículas disponibles para transportar carga.
Pero quizá lo más interesante sea la mejora frente a las dendritas. El nuevo electrolito reforzado con GCN logró una resistencia mecánica tres veces superior respecto a la versión convencional, dificultando físicamente la penetración de estas estructuras metálicas.
Además, el sistema crea una capa protectora más estable sobre la superficie del sodio, guiando una deposición mucho más uniforme durante las cargas y descargas.
Las pruebas realizadas muestran una diferencia enorme respecto al electrolito convencional. La versión estándar falló tras unas 250 horas de funcionamiento con una densidad de corriente de 0,1 mA cm². Sin embargo, la nueva versión consiguió operar durante más de 1.000 horas en las mismas condiciones.
A una densidad de corriente todavía mayor, de 0,2 mA cm², la batería superó las 2.000 horas de funcionamiento sin sufrir fallos.
Los investigadores también desarrollaron prototipos completos de baterías sólidas de sodio utilizando un cátodo de fosfato de vanadio y sodio junto a un ánodo metálico de sodio. En pruebas de carga y descarga a 0,5C, las baterías conservaron el 95% de su capacidad después de 500 ciclos, manteniendo además una eficiencia coulómbica cercana al 99,97%.
El equipo incluso mostró una versión flexible tipo bolsa capaz de alimentar un LED mientras era doblada, desplegada e incluso parcialmente cortada. Una demostración de la estabilidad mecánica y de seguridad del nuevo diseño.
Ahora los investigadores trabajan en nuevas versiones capaces de operar de forma eficiente más cerca de temperatura ambiente, además de desarrollar arquitecturas apiladas bipolares con las que esperan aumentar todavía más la densidad energética.
Aunque todavía queda camino por recorrer antes de ver esta tecnología en producción comercial, este avance demuestra que las baterías de sodio continúan evolucionando rápidamente y podrían convertirse en una alternativa real para reducir costes y dependencia del litio en los próximos años.
Fuente | Advanced Materials
