Baterías de sodio hechas con residuos: el avance que nadie esperaba

Un equipo internacional de investigadores ha dado con una solución inesperada para uno de los grandes retos de las baterías de sodio: aprovechar residuos agrícolas de lavanda para crear un sistema de almacenamiento energético más barato, sostenible y viable a gran escala. La clave del avance no está solo en el material, sino en cómo se prepara la batería antes de su primer uso.

El principal problema de este tipo de baterías basadas en materiales orgánicos era la escasez natural de sodio en los electrodos sostenibles, lo que limitaba su rendimiento y estabilidad. Ahora, los científicos han demostrado que la llamada presodiación electroquímica es la estrategia más eficaz para compensar esa carencia y mejorar el funcionamiento global del sistema.

Aunque la lavanda es conocida en todo el mundo por su aroma y su uso en cosmética, su cultivo genera una gran cantidad de residuos que apenas se aprovechan. Cada año se producen entre 1.000 y 1.500 toneladas de restos vegetales que hasta ahora tenían poco valor. El equipo de investigación ha conseguido transformar estos desechos en carbono duro, un material especialmente adecuado para funcionar como ánodo en baterías de sodio.

De residuo floral a batería funcional

Durante el proceso de conversión, las microestructuras naturales del tejido vegetal se conservan, algo clave para el rendimiento final. Esta estructura porosa facilita la penetración del electrolito, acelera el movimiento de los iones y mejora la difusión del sodio, lo que se traduce en mayor eficiencia y velocidad de carga y descarga.

Para construir una batería completa y funcional, el ánodo de carbono duro obtenido de la lavanda se combinó con un cátodo de tipo P2, concretamente Na0,67Mn0,9Ni0,1O2. La incorporación de níquel resultó fundamental, ya que mejora tanto la conductividad eléctrica como la estabilidad estructural del cátodo, dos aspectos críticos para alargar la vida útil de la batería.

Los ensayos electroquímicos ofrecieron resultados prometedores. El cátodo alcanzó una capacidad de 200 mAh por gramo, con una retención del 42% tras 100 ciclos, mientras que el ánodo logró 360 mAh por gramo y mantuvo el 67,4% de su capacidad después del mismo número de ciclos. No son cifras espectaculares si se comparan con las baterías de litio más avanzadas, pero sí muy interesantes si se tiene en cuenta el bajo coste y la sostenibilidad de los materiales empleados.

Uno de los puntos más relevantes del estudio fue la comparación de tres métodos distintos de presodiación, es decir, de precarga de sodio antes de que la batería entre en funcionamiento. El método por contacto directo ofrecía una capacidad inicial elevada, pero penalizaba la estabilidad a largo plazo. La presodiación química, por su parte, era más fácil de escalar industrialmente, aunque con resultados poco consistentes.

Frente a ellos, la presodiación electroquímica destacó por ofrecer el mejor equilibrio entre densidad energética, estabilidad y durabilidad. Según los investigadores, este enfoque es el que mejor se adapta a las necesidades reales de los sistemas de almacenamiento estacionario, donde la fiabilidad y la vida útil son tan importantes como el coste.

El equipo también llevó a cabo un exhaustivo análisis estructural de ambos electrodos utilizando técnicas habituales como difracción de rayos X, microscopía electrónica o espectroscopía Raman, además de métodos avanzados para seguir en tiempo real los cambios estructurales y electrónicos. Los resultados confirmaron que el cátodo mantiene una estructura hexagonal estable, mientras que el ánodo derivado de la lavanda presenta una superficie porosa ideal para almacenar sodio.

En conjunto, el estudio demuestra que es posible desarrollar baterías de sodio de bajo coste y origen sostenible, utilizando materias primas abundantes y accesibles. La optimización de la presodiación se perfila así como una pieza clave para que esta tecnología pueda dar el salto al mercado y jugar un papel relevante en la transición energética.

Fuente | Sciencedirect