Si bien las baterías de iones de litio han sido la tecnología de referencia para todo, desde teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta automóviles eléctricos, existen crecientes preocupaciones sobre el futuro porque el litio es relativamente escaso, costoso y difícil de obtener, y pronto podría estar en riesgo debido a factores geopolíticos. consideraciones. Los científicos de todo el mundo están trabajando para crear alternativas viables.
Un equipo internacional de investigadores interdisciplinarios, incluido el Laboratorio de Investigación Canepa de la Universidad de Houston, ha desarrollado un nuevo tipo de material para baterías de iones de sodio que podría hacerlas más eficientes y aumentar su rendimiento energético, allanando el camino para una economía más sostenible. y un futuro energético asequible.
El nuevo material, el fosfato de sodio y vanadio con fórmula química NaincógnitaV2(CORREOS4)3mejora el rendimiento de la batería de iones de sodio al aumentar la densidad de energía (la cantidad de energía almacenada por kilogramo) en más de un 15%. Con una mayor densidad de energía de 458 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg) en comparación con los 396 Wh/kg de las baterías de iones de sodio más antiguas, este material acerca la tecnología del sodio a la competencia con las baterías de iones de litio.
«El sodio es casi 50 veces más barato que el litio e incluso se puede extraer del agua de mar, lo que lo convierte en una opción mucho más sostenible para el almacenamiento de energía a gran escala», dijo Pieremanuele Canepa, profesor asistente Robert Welch de ingeniería eléctrica e informática en la UH e investigador principal. del Laboratorio Canepa. «Las baterías de iones de sodio podrían ser más baratas y más fáciles de producir, lo que ayudaría a reducir la dependencia del litio y haría que la tecnología de las baterías fuera más accesible en todo el mundo».
De la teoría a la realidad
El Laboratorio Canepa, que utiliza conocimientos teóricos y métodos computacionales para descubrir nuevos materiales y moléculas que ayuden a avanzar en tecnologías de energía limpia, colaboró con los grupos de investigación encabezados por los investigadores franceses Christian Masquelier y Laurence Croguennec del Laboratoire de Reáctivité et de Chimie des Solides, que es un laboratorio del CNRS que forma parte de la Université de Picardie Jules Verne, en Amiens, Francia, y del Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Université de Bordeaux, Bordeaux, Francia por el trabajo experimental del proyecto. Esto permitió que el modelado teórico pasara por una validación experimental.
Los investigadores crearon un prototipo de batería utilizando el nuevo material, Na.incógnitaV2(CORREOS4)3lo que demuestra importantes mejoras en el almacenamiento de energía. N / AincógnitaV2(CORREOS4)3parte de un grupo llamado «conductores superiónicos de Na» o NaSICON, está diseñado para permitir que los iones de sodio entren y salgan suavemente de la batería durante la carga y descarga.
A diferencia de los materiales existentes, tiene una forma única de manejar el sodio, lo que le permite funcionar como un sistema monofásico. Esto significa que permanece estable mientras libera o absorbe iones de sodio. Esto permite que NaSICON permanezca estable durante la carga y descarga mientras entrega un voltaje continuo de 3,7 voltios en comparación con el sodio metálico, superior a los 3,37 voltios de los materiales existentes.
Si bien esta diferencia puede parecer pequeña, aumenta significativamente la densidad de energía de la batería o la cantidad de energía que puede almacenar para su peso. La clave de su eficiencia es el vanadio, que puede existir en múltiples estados estables, lo que le permite retener y liberar más energía.
«El cambio continuo de voltaje es una característica clave», afirmó Canepa. «Esto significa que la batería puede funcionar de manera más eficiente sin comprometer la estabilidad del electrodo. Eso es un punto de inflexión para la tecnología de iones de sodio».
Posibilidades para un futuro sostenible
Las implicaciones de este trabajo se extienden más allá de las baterías de iones de sodio. El método de síntesis utilizado para crear Na.incógnitaV2(CORREOS4)3 podría aplicarse a otros materiales con químicas similares, abriendo nuevas posibilidades para tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía. Esto, a su vez, podría afectar todo, desde baterías más asequibles y sostenibles hasta alimentar nuestros dispositivos y ayudarnos a hacer la transición hacia una economía energética más limpia.
«Nuestro objetivo es encontrar soluciones limpias y sostenibles para el almacenamiento de energía», afirmó Canepa. «Este material demuestra que las baterías de iones de sodio pueden satisfacer las demandas de alta energía de la tecnología moderna al mismo tiempo que son rentables y respetuosas con el medio ambiente».
Un artículo basado en este trabajo fue publicado en la revista Nature Materials. Ziliang Wang, ex alumno de Canepa y ahora becario postdoctoral en la Universidad Northwestern, y Sunkyu Park, ex alumno de los investigadores franceses y ahora ingeniero de Samsung SDI en Corea del Sur, realizaron gran parte del trabajo en este proyecto.
