Ante la incertidumbre sobre el suministro mundial de litio, las químicas alternativas para las baterías se están convirtiendo en una necesidad cada vez más crucial en este sector con un aumento de la demanda por parte de los fabricantes de vehículos eléctricos. Uno de los materiales candidatos que más interés suscitan en el mundo científico es el sodio. Un equipo de investigadores rusos de Skoltech y la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú ha desarrollado una celda innovadora a base de este material, que ofrece una densidad de energía un 15 % superior a la de las baterías de litio y que además es resistente a las bajas temperaturas.
El sodio es un material que se obtiene de los océanos o de la corteza terrestre y por lo tanto es barato, abundante y sostenible, lo que lo convierte en un gran candidato para el almacenamiento de energía a gran escala. Es el sexto elemento más abundante en la tierra: es ilimitado y sostenible ya que se cosecha, no se extrae. Sin embargo, las baterías de sodio no tienen tanta energía como las baterías de litio y también dan problemas de degradación a la hora de cargarse y descargarse.
En este escenario, las baterías de iones de sodio están ganando atención como una alternativa sostenible a las de iones de litio porque funcionan de manera muy similar a estas: los iones viajan entre los electrodos a través de un electrolito líquido. Cuando está en proceso de descarga los iones se liberan del ánodo y viajan hasta el cátodo. Cuando la batería se conecta a un cargador, ocurre lo contrario y la batería se recarga. La nueva investigación se centra se centra en la composición química del cátodo o electrodo negativo.
La nueva investigación, de científicos de Skoltech y la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, se centra en el cátodo. Para ello, han desarrollado un material novedoso que promete aumentar la densidad energética de la celda. Se trata de un polvo compuesto de fluoruro de fosfato de sodio y vanadio. Estos componentes también están siendo explorados por otros equipos de investigadores. En este caso, al configurar cuidadosamente cómo se organizan los átomos dentro de ese polvo, los científicos aseguran haber dado un gran paso adelante.
"Tanto nuestro nuevo material como el que la industria ha implementado recientemente se llaman fluoruro de fosfato de sodio y vanadio están hechos de átomos de los mismos elementos", explica Stanislav Fedotov de Skoltech, en la investigación que ha sido publicada en la revista Nature Communications. "Lo que los hace diferentes es cómo esos átomos están dispuestos y en qué proporción están contenidos en el compuesto".
El equipo implementó este material en el cátodo en una celda de iones de sodio tipo botón y la puso a prueba. Descubrió que ofrecía un aumento en la densidad de energía de hasta un 15 % en comparación con los diseños actuales. Además, este nuevo material también permite que las baterías de iones de sodio funcionen en climas más fríos.
"La mayor capacidad de almacenamiento de energía es solo una de las ventajas de este material", asegura Fedotov. "También permite que el cátodo funcione a temperaturas ambiente más bajas, lo que es particularmente relevante en lugares como Rusia". Ahora, el equipo afirma que necesitan ampliar la investigación sobre este tipo de materiales para que en un futuro este tipo de baterías puedan ser empleadas en vehículos eléctricos pesados, como autobuses y camiones.
