02.06.2022 - University of Houston

Un estudio identifica una alternativa a la tecnología de las baterías de litio

Las baterías de iones de litio son actualmente la tecnología preferida para alimentar los vehículos eléctricos, pero son demasiado caras para los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red de larga duración, y el propio litio es cada vez más difícil de acceder.

Aunque el litio tiene muchas ventajas (alta densidad energética y capacidad de combinarse con fuentes de energía renovables para apoyar el almacenamiento de energía a nivel de red), los precios del carbonato de litio están en su punto más alto. A este aumento del coste contribuyen los cuellos de botella en la cadena de suministro relacionados con la pandemia, el conflicto entre Rusia y Ucrania y el aumento de la demanda por parte de las empresas. Además, muchos gobiernos se muestran reticentes a dar luz verde a las minas de litio debido a los elevados costes medioambientales y a las posibles violaciones de los derechos humanos.

Dado que los gobiernos y las industrias de todo el mundo están ansiosos por encontrar opciones de almacenamiento de energía para impulsar la transición a la energía limpia, una nueva investigación realizada en la Universidad de Houston y publicada en Nature Communications sugiere que la tecnología de baterías de sodio-azufre de estado sólido a temperatura ambiente es una alternativa viable a la tecnología de baterías de litio para los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de red.

Yan Yao, catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Houston, y sus colegas desarrollaron un electrolito vítreo homogéneo que permite el recubrimiento y la extracción reversible de sodio a una densidad de corriente mayor que la que era posible hasta ahora.

"La búsqueda de nuevos electrolitos sólidos para las baterías de sodio totalmente sólidas debe ser al mismo tiempo de bajo coste, fácil de fabricar y con una increíble estabilidad mecánica y química", dijo Yao, que también es investigador principal del Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston (TcSUH). "Hasta la fecha, ningún electrolito sólido de sodio ha sido capaz de cumplir estos cuatro requisitos al mismo tiempo".

Los investigadores encontraron una novedosa forma de electrolito de vidrio oxisulfurado que tiene el potencial de satisfacer todos estos requisitos al mismo tiempo. Se utilizó un proceso de molienda de bolas de alta energía para crear los electrolitos a temperatura ambiente.

"El vidrio de oxisulfuro tiene una microestructura distinta, lo que da lugar a una estructura de vidrio completamente homogénea", dijo Ye Zhang, que trabaja como investigador asociado en el grupo de Yao. "En la interfaz entre el metal de sodio y el electrolito, el electrolito sólido forma una interfase autopasivante que es esencial para el chapado reversible y la eliminación del sodio".

Se ha demostrado que es difícil conseguir un chapado y decapado estables del sodio metálico utilizando un electrolito de sulfuro.

"Nuestro estudio ha cambiado esta percepción al establecer no sólo la mayor densidad de corriente crítica entre todos los electrolitos sólidos de sulfuro conductores de iones de Na, sino también al permitir baterías de sodio-azufre de alto rendimiento a temperatura ambiente", explicó Yao.

"Las nuevas estrategias de diseño estructural y de composición presentadas en este trabajo proporcionan un nuevo paradigma en el desarrollo de baterías de sodio de estado sólido seguras, de bajo coste, densas en energía y de larga duración", añadió Zhang.

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