Investigadores de China desarrollaron un nuevo diseño de batería de metal de sodio capaz de cargarse por completo en apenas cuatro minutos. El avance también logra que la batería mantenga su capacidad durante años de uso.
El hallazgo, publicado en la revista Nano-Micro Letters, apunta a resolver uno de los principales obstáculos de esta tecnología: la formación de dendritas. Los científicos utilizaron un gel electrolítico especial para estabilizar el funcionamiento de la batería de sodio.
Investigadores de China desarrollaron un nuevo diseño de batería de metal de sodio
Qué son las baterías de metal de sodio y en qué se diferencian
Las baterías de metal de sodio (SMB) son un tipo de batería ultrarrápida y estable que podría convertirse en una alternativa más económica frente a las de iones de litio, que dependen de metales escasos y son propensas a incendiarse.
A diferencia de las baterías de iones de sodio, las SMB utilizan un ánodo de sodio metálico en lugar de uno de grafito o carbono duro.
Por qué son propensas a fallar
Las SMB siguen siendo mayormente teóricas debido a un problema conocido como formación de dendritas. Este fenómeno ocurre cuando los iones de sodio se depositan sobre el ánodo metálico en estructuras puntiagudas, similares a estalagmitas.
Por qué las baterías de sodio son propensas a fallar
Con el tiempo, estas estructuras generan un puente entre el cátodo y el ánodo, lo que provoca un cortocircuito. El sodio, al ser un metal altamente reactivo, es especialmente propenso a este tipo de degradación.
Cómo funciona el nuevo gel electrolítico Sn-FB QSE
Los investigadores afirman haber resuelto el problema mediante un gel electrolítico cuasi sólido, denominado Sn-FB QSE. Este material refuerza la batería contra perforaciones y aporta una estructura interna semisólida que evita la formación de dendritas.
Cómo funciona el nuevo gel electrolítico Sn-FB QSE
Para confirmar la durabilidad del diseño, los científicos cargaron y descargaron la batería durante más de 6.000 horas sin que se produjeran cortocircuitos por dendritas.
Resultados de las pruebas de carga rápida
Al cargar la batería de sodio de 0 a 100% de capacidad en cuatro minutos, el dispositivo retuvo una carga eléctrica de 80,1 mAh g⁻¹ (miliamperios-hora por gramo). Esta cifra equivale a la mitad de lo que retienen las baterías de iones de litio.
Cuando la carga se realizó a un ritmo más lento —de 0 a 100% en 20 minutos—, la batería mantuvo el 90% de su capacidad durante 2.000 ciclos, un resultado que iguala los límites teóricos de las baterías de iones de litio.
Resultados de las pruebas de carga rápida
Cómo se compara con la carga de vehículos eléctricos actuales
La velocidad de carga sigue siendo un punto crítico para los vehículos eléctricos (EV). Actualmente, el BYD Denza es el EV de carga más rápida del mercado, con una carga de 10% a 70% en cinco minutos, aunque requiere cargadores propietarios de 1MW.
Tesla Model 3: de 10% a 70% en 15 minutos con cargadores propios de 250kW
Tesla Model 3 en cargadores de 50kW (según Zapmap): 90 minutos para llegar al 80%
Ventajas frente a las baterías de litio y de iones de sodio
Las baterías de iones de litio son costosas de producir porque requieren litio y cobalto, metales de difícil obtención, y presentan riesgo de incendio. Por su parte, las baterías de iones de sodio son más económicas y seguras, aunque más pesadas y voluminosas.
Ventajas frente a las baterías de litio y de iones de sodio
Las SMB buscan combinar lo mejor de ambas tecnologías: al usar un ánodo de sodio en lugar de grafito, resultan más livianas y económicas de producir, con un tamaño y peso más comparables a las baterías de litio.
Por qué las baterías de sodio son más seguras
Según los investigadores, las SMB son más seguras porque operan con iones de sodio, que son voluminosos y no pueden desplazarse con la rapidez suficiente hacia una fisura de la batería como para provocar una fuga térmica descontrolada (thermal runaway), el fenómeno que provoca que las baterías se incendien al dañarse.
Cuándo podrían llegar las baterías de sodio al mercado
Si se resuelven los problemas de formación de dendritas y estabilidad a bajas temperaturas, las SMB podrían transformar la economía del despliegue de baterías en la próxima década, según los investigadores.
Cuándo podrían llegar las baterías de sodio al mercado
Los científicos consideran que esta tecnología sería ideal para vehículos eléctricos de transporte público o uso urbano, ya que, aunque tienen menor autonomía que las baterías de litio o de sodio convencionales, cargan más rápido.
Sin embargo, su llegada a vehículos y dispositivos electrónicos de consumo, como los smartphones, tomará tiempo, ya que estos equipos están expuestos a cambios de temperatura que afectan la química interna de las baterías con electrolitos en gel.
