El asequible y abundante sodio, 'apilado' de una manera especial, puede usarse en la producción de pilas y baterías de forma competitiva en sustitución del caro y escaso litio.
Con el descubrimiento de un equipo internacional de científicos de National University of Science and Technology (NUST), la Academia de Ciencias de Rusia y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, las baterías de sodio serían significativamente más baratas y equivalentes o incluso más potentes que las baterías de litio existentes. Los resultados del estudio se publican en la revista Nano Energy.
Las baterías de iones de litio se usan en todas partes: en teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras, así como en varios tipos de vehículos y naves espaciales. Las baterías de iones de litio ingresaron al mercado en 1991, y en 2019, sus inventores recibieron el Premio Nobel de Química por su revolucionaria contribución al desarrollo de la tecnología.
Sin embargo, el litio es un metal alcalino costoso, y sus reservas son limitadas a nivel mundial. Actualmente, no existe una alternativa remotamente efectiva a las baterías de iones de litio. Debido al hecho de que el litio es uno de los elementos químicos más ligeros, es muy difícil reemplazarlo para crear baterías de gran capacidad.
La nueva investigación propone una alternativa. Sus autores descubrieron que si los átomos dentro de la muestra están "apilados" de cierta manera, entonces los metales alcalinos distintos del litio también demuestran una alta intensidad de energía.
El reemplazo más prometedor para el litio es el sodio (Na), ya que una disposición de dos capas de átomos de sodio entre dos capas de grafeno demuestra una capacidad anódica comparable a la capacidad de un ánodo de grafito convencional en baterías de iones de litio, aproximadamente 335 mA h/g contra 372 mA h/g para el litio. Sin embargo, el sodio es mucho más común que el litio y, por lo tanto, es más barato y se obtiene más fácilmente.
Una forma especial de apilar átomos es colocarlos uno encima del otro. Esta estructura se crea transfiriendo átomos de una pieza de metal al espacio entre dos hojas de grafeno a alta tensión, lo que simula el proceso de carga de una batería. Al final, se ve como un emparedado que consiste en una capa de carbono, dos capas de metal alcalino y otra capa de carbono.
Zakhar Popov, investigador principal del Laboratorio NUST MISIS de Nanomateriales Inorgánicos, dice en un comunicado: "Nuestra simulación muestra que los átomos de litio se unen mucho más fuertemente al grafeno, pero aumentar el número de capas de litio conduce a una menor estabilidad. La tendencia opuesta se observa en el caso del sodio: a medida que aumenta el número de capas de sodio, aumenta la estabilidad de tales estructuras, por lo que esperamos que tales materiales se obtengan en el experimento".
El siguiente paso del equipo de investigación es crear una muestra experimental y estudiarla en el laboratorio. Esto se manejará en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido, Stuttgart, Alemania. Si tiene éxito, podría conducir a una nueva generación de baterías de sodio que serán significativamente más baratas y equivalentes o incluso más potentes que las baterías de iones de litio.
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