Revolución en las baterías: el sodio destrona al litio con cargas ultrarrápidas y resistencia al calor

La carrera por encontrar baterías más eficientes, con más vida útil, y baratas, sigue dando sorpresas. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio apunta a que las baterías de sodio-ion pueden tener una ventaja clara frente a las de litio en dos aspectos clave: velocidad de carga y estabilidad térmica. Y no, no hablamos solo de una alternativa barata, sino de una tecnología con potencial real para los coches eléctricos.

Los ensayos confirman algo que hasta ahora solo se intuía: la inserción de sodio en determinados electrodos es, por naturaleza, más rápida que la del litio. Un hallazgo que podría cambiar la percepción de estas baterías, tradicionalmente vistas como una solución de compromiso.

El papel clave del carbono duro

En el centro de esta investigación está el llamado carbono duro, el material que actúa como electrodo negativo en las baterías de sodio-ion. Se trata de un tipo de carbono poroso y con baja cristalinidad, capaz de almacenar grandes cantidades de sodio en su estructura interna.

Gracias a estas propiedades, las baterías de sodio-ion pueden alcanzar densidades energéticas cercanas a las de las baterías de litio actuales, algo impensable hace solo unos años. Esto las coloca en una posición mucho más interesante para aplicaciones exigentes, como los coches eléctricos, y no únicamente como una opción de bajo coste.

El contexto no es menor. La transición global hacia sistemas energéticos renovables está disparando la demanda de baterías, y el litio no es precisamente un recurso abundante ni barato. El sodio, en cambio, es uno de los elementos más comunes del planeta y está disponible a bajo coste, lo que lo convierte en un candidato muy atractivo a largo plazo.

Uno de los grandes problemas a la hora de evaluar el rendimiento real del carbono duro era el propio método de ensayo. Las pruebas tradicionales suelen infravalorar su capacidad de carga porque, en electrodos densos, se producen auténticos “atascos de iones”. El electrolito no es capaz de suministrar iones con suficiente rapidez, y eso limita artificialmente la velocidad de reacción.

Para evitar este efecto, el equipo liderado por el profesor Shinichi Komaba, junto al doctorando Yuki Fujii y el profesor asistente Zachary T. Gossage, utilizó un enfoque diferente: el método del electrodo diluido. Básicamente, mezclaron partículas de carbono duro con polvo de óxido de aluminio, un material electroquímicamente inactivo.

Ajustando cuidadosamente la proporción, lograron aislar las partículas activas de carbono duro, asegurándose de que cada una estuviera rodeada de suficientes iones. De este modo, pudieron medir con precisión la velocidad máxima de inserción tanto de sodio como de litio en el mismo tipo de electrodo.

El sodio se mueve más rápido

Los resultados fueron claros. La sodiación, es decir, la inserción de sodio en el electrodo, es intrínsecamente más rápida que la litación en ese mismo material. Mediante técnicas como la voltametría cíclica y la espectroscopia de impedancia electroquímica, los investigadores calcularon el coeficiente de difusión aparente, un parámetro que indica la velocidad a la que los iones se desplazan dentro del material.

En la mayoría de los casos, este coeficiente fue mayor para el sodio que para el litio. En palabras del propio Komaba, el estudio demuestra de forma cuantitativa que una batería de sodio-ion con ánodo de carbono duro puede cargarse más rápido que una de litio-ion equivalente.

Pero hay más. El análisis químico reveló que el paso limitante del proceso de carga es el llenado de los poros del carbono duro, donde los iones se agrupan formando pequeños clústeres con comportamiento casi metálico. Para formar estas estructuras, el sodio necesita menos energía de activación que el litio.

Esto no solo explica la mayor velocidad de carga, sino que también implica una menor sensibilidad a la temperatura, un factor crítico en aplicaciones de alta potencia. En otras palabras, estas baterías podrían mantener un buen rendimiento incluso en condiciones térmicas menos favorables.

Más que una alternativa barata

La conclusión del estudio es contundente. Las baterías de sodio no deben verse únicamente como una opción más segura frente a las de litio. Los datos indican que ofrecen ventajas reales en prestaciones, especialmente en escenarios donde la potencia y la rapidez de carga son determinantes.

Para los coches eléctricos, esto abre una puerta interesante. Si esta tecnología consigue escalarse a nivel industrial, podríamos estar ante baterías más rápidas de cargar, menos dependientes de materiales críticos y con un comportamiento más estable frente a los cambios de temperatura. Y sobre todo, una opción más barata, lo que facilitará la expansión de la movilidad eléctrica de forma más rápida.

Fuente | Tus.ac.jp