Litio vs sodio: nuevos retos para las baterías del futuro.

Un grupo de científicos de la Universidad de Birmingham ha utilizado fósforo para obtener un sistema efectivo que podría abrir el camino para sustituir los iones de litio de las baterías por sodio: un elemento más barato, respetuoso y fácil de obtener. Esta semana, Bizintek descubre una nueva forma de almacenar la energía que en el futuro podría equipar todos nuestros dispositivos.

Nos rodean y hacen funcionar multitud de aparatos. Probablemente incluso tengamos una o varias de ellas a nuestro alrededor en todo momento. Así es, las baterías de iones de litio (LIB) recargables se utilizan ampliamente en todo tipo de dispositivos, desde ordenadores portátiles, tablets y teléfonos móviles hasta vehículos híbridos y totalmente eléctricos, pasando por drones, electrodomésticos, herramientas…

Litio

El litio tiene un límite

Básicamente, el sistema es el mismo para cada aplicación: se conecta la cantidad necesaria de “pequeñas” baterías para suministrar energía a un aparato. Por ejemplo, un coche eléctrico requiere una batería que pesa más de 150 kg para poder rodar unos 250 km. Cada vez más, el vehículo eléctrico es una tecnología crucial para luchar contra la contaminación en las ciudades y hacer realidad una era de transporte limpio y sostenible. No obstante, la autonomía sigue siendo un inconveniente.

Además, el litio es un material caro y limitado, distribuido de manera desigual en todo el planeta y cuya explotación genera violentos conflictos. La extracción de este mineral consume grandes cantidades de agua en regiones fuertemente golpeadas por la sequía. La creciente demanda de vehículos eléctricos y de dispositivos electrónicos en general ha hecho que los científicos busquen nuevas formas de obtener baterías fiables.

¿Cómo mejorar la capacidad de nuestras baterías?

Todo pasa por dar con el portador de carga adecuado para sustituir el litio. El sodio es barato y se puede encontrar en el agua de mar, por lo que es prácticamente ilimitado y fácil de obtener. Sin embargo, el ion de sodio tiene mayor tamaño que el de litio, por lo que no es posible simplemente “sustituir” ambos materiales en las baterías actuales. Por ejemplo, el sodio no penetra entre las capas de carbono, omnipresente de los ánodos de grafito utilizados en la mayoría de las pilas de litio-ion de hoy en día.

Bateria Litio

Pero la gran ventaja del sodio reside en lo siguiente: a pesar de que las baterías de sodio no pueden contener tanta energía como las de litio, su bajo coste las hace muy atractivas para sistemas de almacenamiento grandes y voluminosos, como es el caso de los coches. Por lo tanto, el reto consiste en encontrar nuevos materiales para componentes de baterías de iones de sodio que puedan competir en cuanto a capacidad, velocidad de carga, energía y potencia.

“Una gran victoria para la ingeniería de materiales computacional”

Recientemente, según una investigación publicada en el Journal of the American Chemical Society, parece que un grupo de expertos de la Universidad de Birmingham ha logrado predecir y la reacción del sodio al interactuar con el fósforo, en lo que podría ser una prometedora combinación que revolucionaría las baterías del futuro.

De esta manera, el equipo liderador por el Dr. Andrew Morris del Departamento de Metalurgia y Materiales de la Universidad de Birmingham ha podido identificar la composición final del electrodo en cuestión, que proporciona una capacidad final de carga siete veces mayor que la del grafito para el mismo peso. Este avance aporta nuevos conocimientos sobre cómo poder desarrollar ánodos de iones de sodio de alta capacidad.

De momento, las investigaciones se encuentran en un punto inicial, y esta tecnología no se encuentra ni mucho preparada para su comercialización. No obstante, tal y como declaró Morris: “Es una gran victoria para la ingeniería de materiales computacional. En 2016 predijimos cómo se comportaría el fósforo como un electrodo, y ahora somos capaces de trabajar con la información sobre el experimento para aprender a mejorar nuestras predicciones.”

Las oportunidades tecnológicas y de innovación que ofrece la electricidad, en todas sus vertientes y aplicaciones orientadas a mejorar nuestros sistemas actuales y desarrollar nuevas tecnologías energéticas, representan un campo de acción donde Bizintek ya despliega sus conocimientos y experiencia en varios proyectos, en colaboración con algunos de los actores más importantes del sector.

Sodio.

Fuentes:

Lauren E. Marbella, Matthew L. Evans, Matthias F. Groh, Joseph Nelson, Kent J. Griffith, Andrew J. Morris y Clare P. Grey (2018). Sodiation and Desodiation via Helical Phosphorus Intermediates in High-Capacity Anodes for Sodium-Ion Batteries. Journal of the American Chemical Society.