Gran avance en baterÃas económicas, limpias y de carga rápida
Una nueva baterÃa de estado sólido de sodio sin ánodo acerca más que nunca la realidad de las baterÃas económicas, de carga rápida y alta capacidad para vehÃculos eléctricos y almacenamiento en red.
Asà lo aseguran sus inventores, cientÃficos de la Escuela de IngenierÃa Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago, en colaboración con el Departamento de IngenierÃa QuÃmica y Nano de la de la Universidad de California en San Diego.
"Aunque ha habido baterÃas de sodio, de estado sólido y sin ánodo anteriores, nadie ha podido combinar con éxito estas tres ideas hasta ahora", dijo en un comunicado Grayson Deysher, candidato a doctorado de la UC San Diego, primer autor de la investigación, publicada en Nature Energy.
La investigación demuestra una nueva arquitectura de baterÃa de sodio con ciclos estables durante varios cientos de ciclos. Al eliminar el ánodo y utilizar sodio, abundante y económico, en lugar de litio, esta nueva forma de baterÃa será más asequible y respetuosa con el medio ambiente de producir. Gracias a su innovador diseño de estado sólido, la baterÃa también será segura y potente.
Este trabajo es a la vez un avance en la ciencia y un paso necesario para llenar el vacÃo de escala de baterÃas necesario para la transición de la economÃa mundial hacia una economÃa que deje de depender de los combustibles fósiles.
EL SODIO RELEVA AL LUTIO
El litio que se usa comúnmente para las baterÃas no es tan común. Representa alrededor de 20 partes por millón de la corteza terrestre, en comparación con el sodio, que representa 20.000 partes por millón.
Esta escasez, combinada con el aumento de la demanda de baterÃas de iones de litio para ordenadores portátiles, teléfonos y vehÃculos eléctricos, ha hecho que los precios se disparen, poniendo las baterÃas necesarias aún más fuera de alcance.
El sodio, común en el agua del océano y en la minerÃa de carbonato de sodio, es un material de baterÃa inherentemente más respetuoso con el medio ambiente. La investigación de LESC también lo ha convertido en uno de los más poderosos.
Para crear una baterÃa de sodio con la densidad energética de una baterÃa de litio, el equipo necesitaba inventar una nueva arquitectura de baterÃa de sodio.
Las baterÃas tradicionales tienen un ánodo para almacenar los iones mientras se carga la baterÃa. Mientras la baterÃa está en uso, los iones fluyen desde el ánodo a través de un electrolito hasta un colector de corriente (cátodo), alimentando dispositivos y automóviles en el camino.
Las baterÃas sin ánodo eliminan el ánodo y almacenan los iones en una deposición electroquÃmica de metal alcalino directamente sobre el colector de corriente. Este enfoque permite un mayor voltaje de celda, un menor costo de celda y una mayor densidad de energÃa, pero conlleva sus propios desafÃos.
"En cualquier baterÃa sin ánodo debe haber un buen contacto entre el electrolito y el colector de corriente", dijo Deysher. "Esto suele ser muy fácil cuando se usa un electrolito lÃquido, ya que el lÃquido puede fluir por todas partes y mojar todas las superficies. Un electrolito sólido no puede hacer esto".
Sin embargo, esos electrolitos lÃquidos crean una acumulación llamada interfase de electrolito sólido mientras consumen constantemente los materiales activos, lo que reduce la utilidad de la baterÃa con el tiempo.
El equipo adoptó un enfoque novedoso e innovador para este problema. En lugar de utilizar un electrolito que rodea el colector de corriente, crearon un colector de corriente que rodea al electrolito a partir de polvo de aluminio, un sólido que puede fluir como un lÃquido.
Durante el ensamblaje de la baterÃa, el polvo se densificó bajo alta presión para formar un colector de corriente sólido mientras se mantenÃa un contacto similar al de un lÃquido con el electrolito, lo que permitió el ciclo de bajo costo y alta eficiencia que puede impulsar esta tecnologÃa revolucionaria.
"Las baterÃas de estado sólido de sodio generalmente se consideran una tecnologÃa de futuro lejano, pero esperamos que este artÃculo pueda impulsar más el área del sodio al demostrar que de hecho puede funcionar bien, incluso mejor que la versión de litio en algunos casos", dijo Deysher.
