Un equipo de investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EEUU ha desarrollado una batería de iones de sodio con una longevidad muy extendida en las pruebas de laboratorio. Un cambio ingenioso en los ingredientes que componen el núcleo líquido de la batería evita los problemas de rendimiento que han afectado a las baterías a base de sodio.
Los hallazgos, descritos en la revista Nature Energy, proporcionan una receta prometedora para una batería que algún día pueda alimentar vehículos eléctricos y almacenar energía del sol.
"Aquí, hemos demostrado en principio que las baterías de iones de sodio tienen el potencial de ser una tecnología de baterías duradera y respetuosa con el medio ambiente", dijo el autor principal de PNNL, Jiguang (Jason) Zhang, pionero en tecnologías de baterías con más de 23 inventos patentados en tecnología de almacenamiento de energía.
La sal adecuada
En las baterías, el electrolito es la “sangre” circulante que mantiene el flujo de energía. El electrolito se forma al disolver sales en solventes, lo que da como resultado iones cargados que fluyen entre los electrodos positivo y negativo.
Con el tiempo, las reacciones electroquímicas que mantienen el flujo de energía se vuelven lentas y la batería ya no puede recargarse. En las tecnologías actuales de baterías de iones de sodio, este proceso ocurre mucho más rápido que en baterías de iones de litio similares.
El equipo de PNNL, dirigido por los científicos Yan Jin y Phung Le, abordó ese problema cambiando la solución líquida y el tipo de sal que fluye a través de ella para crear una receta de electrolitos completamente nueva.
En las pruebas de laboratorio, el nuevo diseño demostró ser duradero, manteniendo el 90 por ciento de su capacidad de celda después de 300 ciclos a 4,2 V, que es más alto que la mayoría de las baterías de iones de sodio informadas anteriormente.
Película protectora
La receta actual de electrolitos para las baterías de iones de sodio hace que la película protectora del extremo negativo (el ánodo) se disuelva con el tiempo. Esta película es fundamental porque permite que los iones de sodio pasen mientras conserva la vida útil de la batería.
La tecnología diseñada por PNNL funciona estabilizando esta película protectora. El nuevo electrolito también genera una capa protectora ultrafina en el polo positivo (el cátodo) que contribuye a la estabilidad adicional de toda la unidad.
La nueva tecnología de iones de sodio desarrollada por PNNL utiliza una solución de extinción de incendios natural que también es impermeable a los cambios de temperatura y puede operar a altos voltajes. Una clave de esta característica es la capa protectora ultrafina que se forma en el ánodo. Esta capa ultrafina permanece estable una vez formada, proporcionando el ciclo de vida prolongado que se informa en el artículo de investigación.
Electrolito de iones de sodio
“También medimos la producción de vapor de gas en el cátodo”, dijo Phung Le, químico de baterías de PNNL y uno de los autores principales del estudio. “Encontramos una producción de gas muy mínima. Esto proporciona nuevos conocimientos para desarrollar electrolitos estables para baterías de iones de sodio que pueden funcionar a temperaturas elevadas”.
Por ahora, la tecnología de iones de sodio todavía va a la zaga del litio en densidad de energía. Pero tiene sus propias ventajas, como la impermeabilidad a los cambios de temperatura, la estabilidad y el ciclo de vida prolongado, que son valiosos para las aplicaciones de ciertos vehículos eléctricos livianos e incluso para el almacenamiento de energía en la red en el futuro.
El equipo de investigación continúa afinando su diseño. Le señaló que el equipo está experimentando con otros diseños en un esfuerzo por reducir, y eventualmente eliminar, la necesidad de incluir cobalto, que es tóxico y costoso si no se recupera o recicla.
Gloria saval
25/07/2022