Las baterías de iones de litio han sido la tecnología predominante en dispositivos como smartphones, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos; sin embargo, surgen preocupaciones sobre su futuro debido a la escasez, el alto costo y las complicaciones geopolíticas relacionadas con la obtención de litio. En este contexto, un equipo internacional de investigadores, que incluye al Laboratorio de Investigación Canepa de la Universidad de Houston, ha desarrollado un nuevo material para baterías de iones de sodio que podría mejorar su eficiencia y rendimiento energético, abriendo el camino hacia un futuro energético más sostenible y asequible.
Avances en las Baterías de Iones de Sodio
El nuevo material, conocido como fosfato de vanadio sódico con la fórmula química NaxV2(PO4)3, incrementa la densidad energética de las baterías de iones de sodio en más de un 15%. Con una densidad energética de 458 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg), en comparación con los 396 Wh/kg de las baterías de sodio anteriores, este material acerca la tecnología de sodio a la competitividad con las baterías de iones de litio. Pieremanuele Canepa, profesor asistente de ingeniería eléctrica y computacional en UH y líder del laboratorio Canepa, subraya que «el sodio es casi 50 veces más barato que el litio y puede extraerse del agua del mar, lo que lo convierte en una opción mucho más sostenible para el almacenamiento de energía a gran escala».
El laboratorio Canepa se caracteriza por combinar la teoría con métodos computacionales para descubrir nuevos materiales que impulsen tecnologías de energía limpia. En colaboración con investigadores franceses, se validaron experimentalmente los modelos teóricos propuestos. El resultado fue la creación de un prototipo de batería que demuestra mejoras significativas en el almacenamiento de energía.
El fosfato de vanadio sódico, parte de un grupo conocido como «conductores superiónicos de sodio» o NaSICONs, permite que los iones de sodio se muevan de manera eficiente dentro de la batería durante los ciclos de carga y descarga. A diferencia de los materiales existentes, este nuevo compuesto presenta una forma única de manejar el sodio, manteniéndose estable al liberar o absorber iones de sodio. Esto permite que el NaSICON mantenga una tensión continua de 3.7 voltios, superando los 3.37 voltios de los materiales actuales, lo que se traduce en un aumento significativo de la densidad energética.
La clave de su eficiencia radica en el vanadio, que puede existir en múltiples estados estables, lo que le permite almacenar y liberar más energía. Canepa destaca que «el cambio continuo de voltaje es una característica clave, lo que significa que la batería puede funcionar de manera más eficiente sin comprometer la estabilidad del electrodo». Este avance podría representar un cambio fundamental para la tecnología de baterías de iones de sodio.
Las implicaciones de este trabajo trascienden el ámbito de las baterías de iones de sodio. El método de síntesis utilizado para crear NaxV2(PO4)3 podría aplicarse a otros materiales con químicas similares, abriendo nuevas posibilidades para tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía. Esto podría impactar desde baterías más asequibles y sostenibles para nuestros dispositivos hasta contribuir a la transición hacia una economía energética más limpia.
El objetivo, tal como expresa Canepa, es encontrar soluciones limpias y sostenibles para el almacenamiento de energía, y este material demuestra que las baterías de iones de sodio pueden satisfacer las crecientes demandas energéticas de la tecnología moderna, siendo a la vez rentables y respetuosas con el medio ambiente. Un estudio basado en esta investigación fue publicado en la revista Nature Materials, con la colaboración de antiguos estudiantes de Canepa y de los investigadores franceses, quienes llevaron a cabo gran parte del trabajo en este proyecto.
