La "tecnología de ensueño" de las baterías, más cerca de la realidad gracias a un nuevo descubrimiento

Una batería de sodio y azufre creada por ingenieros de la Universidad de Texas en Austin resuelve uno de los mayores obstáculos que han frenado la tecnología como alternativa comercialmente viable a las omnipresentes baterías de iones de litio que alimentan todo tipo de aparatos, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos.

El sodio y el azufre destacan como materiales atractivos para la producción de baterías en el futuro porque son más baratos y están más disponibles que materiales como el litio y el cobalto, que también plantean problemas medioambientales y de derechos humanos. Por ello, los investigadores han trabajado durante las dos últimas décadas para hacer viables las baterías de sodio a temperatura ambiente.

"La considero una tecnología de ensueño porque el sodio y el azufre son abundantes, benignos para el medio ambiente y el coste más bajo que se pueda imaginar", afirma Arumugam Manthiram, director del Instituto de Materiales de Texas de la UT y profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de Walker. "Con la ampliación de la electrificación y la mayor necesidad de almacenamiento de energía renovable en el futuro, el coste y la asequibilidad serán el único factor dominante".

En uno de los dos avances recientes de la UT Austin en materia de baterías de sodio, los investigadores modificaron la composición del electrolito, el líquido que facilita el movimiento de los iones de ida y vuelta entre el cátodo y el ánodo para estimular la carga y la descarga de las baterías. Así atacaron el problema habitual de las baterías de sodio: el crecimiento de estructuras en forma de aguja, llamadas dendritas, en el ánodo, que pueden hacer que la batería se degrade rápidamente, provoque un cortocircuito e incluso se incendie o explote.

Los investigadores han publicado sus resultados en un artículo reciente en la revista Journal of the American Chemical Society.

En anteriores electrolitos para baterías de sodio-azufre, los compuestos intermedios formados a partir del azufre se disolvían en el electrolito líquido y migraban entre los dos electrodos de la batería. Esta dinámica, conocida como shuttling, puede provocar la pérdida de material, la degradación de los componentes y la formación de dendritas.

Los investigadores crearon un electrolito que impide que el azufre se disuelva y resuelve así los problemas de desplazamiento y dendritas. Eso permite un ciclo de vida más largo para la batería, que muestra un rendimiento estable a lo largo de 300 ciclos de carga y descarga.

"Cuando se pone mucho azúcar en el agua, se convierte en un jarabe. No todo se disuelve", explica Amruth Bhargav, estudiante de doctorado del laboratorio de Manthiram. "Algunas cosas están medio unidas y medio disueltas. En una batería, lo queremos en un estado medio disuelto".

El nuevo electrolito de la batería se diseñó de forma similar, diluyendo una solución salina concentrada con un disolvente inerte y no participante, que conserva el estado "medio disuelto". Los investigadores descubrieron que este electrolito evita las reacciones no deseadas en los electrodos y prolonga así la vida de la batería.

El precio del litio se ha disparado en el último año, lo que subraya la necesidad de buscar alternativas. La extracción de litio ha sido criticada por su impacto medioambiental, que incluye el uso intensivo de aguas subterráneas, la contaminación del suelo y del agua, y las emisiones de carbono. En comparación, el sodio está disponible en el océano, es más barato y más respetuoso con el medio ambiente.

Las baterías de iones de litio suelen utilizar también cobalto, que es caro y se extrae sobre todo en la República Democrática del Congo, en África, donde tiene importantes repercusiones en la salud humana y el medio ambiente. El año pasado, Manthiram demostró una batería de iones de litio sin cobalto.

Los investigadores planean aprovechar su avance probándolo con baterías más grandes para ver si puede aplicarse a tecnologías como los vehículos eléctricos y el almacenamiento de recursos renovables como la eólica y la solar.