Baterías de sodio ¿nuevas sustitutas del litio?
Muchos de los aparatos electrónicos que usamos hoy día funcionan con baterías de litio, un material costoso y difícil de conseguir que se ha venido presentado como alternativa para reducir las emisiones de carbono y con ello, frenar el calentamiento global, y que rápidamente encontró un contrincante. Un reciente estudio asegura que las baterías de sodio están cerca de destronar al rey del mercado de las pilas.
El litio está presente en gran abundancia en las salmueras, sobre todo en las de Chile, Argentina y Bolivia, lugares donde su extracción ya deja señales de lo que podría ser una transformación irreversible del paisaje y la vida. Parece que este es el costo a pagar por la producción de unas baterías que supuestamente nos podrían ayudar a emitir menos CO2. Terrible, ¿no es cierto? Si a eso le agregamos el elevado coste que alcanzan los dispositivos que emplean estas baterías, los problemas de seguridad que implica, la baja abundancia de este metal ligero y la distribución geográfica desigual del litio en la corteza terrestre, se vuelve una necesidad, una obligación a seguir buscando opciones hacia la verdadera transición energética, ¿o no?
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En ese andar, ha aparecido el sodio. No es la primera vez que se habla de este material como posible sustituto al litio, pero quizás sí es la primera vez que se crea un nuevo cátodo de sodio en capas y un electrolito salino que colocan a estas baterías a la altura de las de iones de litio.
Las baterías de sodio que prometen el “cambio”
Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington State (WSU), pertenecientes al Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ha desarrollado una batería de iones de sodio que promete ser tan eficiente como las de litio, esas que dominan el mercado al usarse comúnmente en miles de teléfonos móviles, ordenadores, drones, dispositivos portátiles e incluso, vehículos eléctricos.
Con esta batería, al parecer quedan resueltos dos problemas que hasta ahora se le atribuían a los iones de sodio: la capacidad energética y la recarga, y se convierte en la opción más atractiva hasta el momento.
El trabajo, que fue publicado en la revista ACS Energy Letters, detalla que, en aras de solucionar la generación de cristales de sodio inactivo en la superficie del cátodo, que va quitando espacio útil en la batería, el equipo de investigación creó un nuevo cátodo a base de óxido de metal en capas y un electrolito líquido con alta concentración de iones de sodio, lo que crea un medio salino que mejora la interacción entre el cátodo y el ánodo. Esto permite la generación continua de electricidad y evita la acumulación inactiva de cristales en la superficie.
Otro hallazgo, igual de interesante, ha sido que la capacidad de estas baterías es similar a las de una pila convencional del mismo tamaño.
Según Xiaolin Li, investigadora científica de PNNL, “estos son los mejores resultados reportados para una batería de iones de sodio con un cátodo en capas, lo que demuestra que esta es una tecnología viable que puede ser comparable a las baterías de iones de litio”.
Es una tecnología aún en desarrollo
Los resultados de este trabajo llevan al equipo a plantearse nuevas tareas, entre ellas, comprender mejor cómo el electrolito y el cátodo interactúan para generar esos resultados, poder probar diferentes materiales, mejorar el diseño de la batería y lograr una batería que prescinda totalmente del cobalto.
Para Junhua Song de la WSU, “este trabajo allana el camino hacia baterías prácticas de iones de sodio, y las ideas fundamentales que obtuvimos sobre la interacción cátodo-electrolito arrojan luz sobre cómo podríamos desarrollar futuros materiales de cátodo sin cobalto o con bajo contenido de cobalto en baterías de iones de sodio, así como en otros tipos de química de baterías“.
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Ventajas y desventajas del sodio
El sodio es un elemento alcalino con grandes similitudes al litio, un vecino cercano en la tabla periódica.
Tiene a su favor una alta abundancia en los océanos y en la corteza terrestre, y un coste reducido de producción en comparación con el del litio.
Ya en las baterías, resalta su capacidad de almacenamiento de energía. Los del PNNL aseguran que los iones de sodio pueden mantener más del 80% de su capacidad después de 1.000 ciclos de cargas y descargas.
Algunos investigadores señalan que se trata además de una tecnología con menor tendencia a explosiones.
Lo que, de acuerdo con quienes se han encargado de este proyecto, hace que estas baterías se perfilen como las candidatas perfectas para almacenar energía a gran escala. De lograrlo, Song y su equipo creen que podrían estar ante un invento que “cambiaría las reglas del juego”.
Sin embargo, mucho se dice acerca de los inconvenientes que el sodio se encuentra en el camino:
- La falta de materiales catódicos adecuados y compatibles.
- Voltaje de trabajo inferior.
- Una capacidad de rendimiento menor respecto al litio.
- Problemas de degradación a la hora de cargarse y descargarse.
Hay quienes agregan a la lista, el tamaño de los iones de sodio. Dicen que son demasiado grandes como para colocarlas entre las capas de grafito que conforman las baterías de litio tradicionales. Nada que no se pueda solucionar en el camino.
El sodio no es el único candidato para sustituir al litio
La comunidad científica lleva años buscando alternativas a las baterías de litio, que además contienen cobalto, otro material escaso y contaminante, y se ha dedicado a hacer pruebas con potasio, magnesio, calcio, aluminio y zinc.
Sin embargo, se trata de materiales que aún tienen grandes desafíos por delante si lo que se quiere es echar a un lado al litio. Por ejemplo, limitaciones en cuanto al rendimiento durante el proceso de carga y descarga o incluso, la vida útil de la batería, la formación de dendritas (crecimiento de fibras de metal que favorecen la corrosión), una velocidad de difusión lenta, la incompatibilidad entre electrodos y electrolitos y la deficiente estabilidad estructural de los materiales del cátodo.
Aún queda mucho por investigar acerca del mecanismo de reacción de los iones creados con estos materiales, al igual que sobre los efectos secundarios indeseables y la seguridad en la evaluación para determinar futuras aplicaciones a nivel comercial.
¿La solución real es cambiar sodio por litio?
Si la extracción de sodio también se pretende realizar con métodos degradantes y altamente contaminantes, no estaremos ante la verdadera revolución verde y sustentable que nuestro planeta necesita, sino que seguiremos en el sendero de la producción única y exclusivamente a favor de los intereses económicos.
