Las baterías de sodio de estado sólido son una alternativa viable a las de litio

Las baterías de iones de litio son actualmente la tecnología preferida para alimentar vehículos eléctricos, pero son demasiado costosas para los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red de larga duración, y el acceso al litio en sí es cada vez más difícil.

Si bien el litio tiene muchas ventajas (alta densidad de energía y capacidad para combinarse con fuentes de energía renovables para respaldar el almacenamiento de energía a nivel de red), los precios del carbonato de litio están en su punto más alto. Los cuellos de botella en la cadena de suministro relacionados con la pandemia, el conflicto entre Rusia y Ucrania y el aumento de la demanda de las empresas contribuyen al aumento de los costos. Además, muchos gobiernos dudan en dar luz verde a las minas de litio debido a los altos costos ambientales y el potencial de violaciones de los derechos humanos.

Dado que los gobiernos y las industrias de todo el mundo están ansiosos por encontrar opciones de almacenamiento de energía para impulsar la transición hacia la energía limpia, una nueva investigación realizada en la Universidad de Houston y publicada en Nature Communications sugiere que la tecnología de baterías de azufre y sodio de estado sólido a temperatura ambiente es una alternativa viable. a la tecnología de baterías de litio para sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red.

Yan Yao, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de Cullen, y sus colegas desarrollaron un electrolito vítreo homogéneo que permite el recubrimiento y pelado de sodio reversible a una densidad de corriente mayor que la que era posible anteriormente.

Investigación

“La búsqueda de nuevos electrolitos sólidos para baterías de sodio totalmente sólido debe ser de bajo costo, fácil de fabricar y tener una estabilidad mecánica y química increíble”, dijo Yao, quien también es investigador principal del Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston. (TcSUH). "Hasta la fecha, ningún electrolito sólido de sodio ha sido capaz de cumplir estos cuatro requisitos al mismo tiempo".

Los investigadores encontraron una nueva forma de electrolito de vidrio de oxisulfuro que tiene el potencial de satisfacer todos estos requisitos al mismo tiempo. Se utilizó un proceso de molienda de bolas de alta energía para crear los electrolitos a temperatura ambiente.

“El vidrio de oxisulfuro tiene una microestructura distinta, lo que da como resultado una estructura de vidrio completamente homogénea”, dijo Ye Zhang, quien trabaja como investigador asociado en el grupo de Yao. “En la interfase entre el sodio metálico y el electrolito, el electrolito sólido forma una interfase autopasivante que es esencial para el enchapado y la eliminación reversibles del sodio”.

Ha resultado difícil lograr un revestimiento y decapado estables de sodio metálico utilizando un electrolito de sulfuro.

"Nuestro estudio anuló esta percepción al establecer no solo la densidad de corriente crítica más alta entre todos los electrolitos sólidos a base de sulfuro conductores de iones de Na, sino también permitir baterías de azufre de sodio a temperatura ambiente de alto rendimiento", explicó Yao.

Larga duración

“Las nuevas estrategias de diseño estructural y de composición presentadas en este trabajo proporcionan un nuevo paradigma en el desarrollo de baterías de sodio de estado sólido seguras, de bajo costo, de gran densidad energética y de larga duración”, agregó Zhang.

Además de Yao y Zhang, los coautores del estudio incluyen a los coautores Xiaowei Chi y Fang Hao de UH ; y Steven Kmiec y el coautor correspondiente Steve Martin de la Universidad Estatal de Iowa. Rice University, Purdue University y UC Irvine son todos colaboradores en este proyecto. Esta investigación fue financiada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de EE. UU.