Descifran los procesos de envejecimiento de las baterías de sales fundidas de sodio-zinc
Observación directa de los ciclos de carga mediante rayos X
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Hasta ahora sólo era posible deducir indirectamente por qué las baterías de alta temperatura pierden eficacia y durabilidad durante su uso. Por primera vez, un equipo del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha utilizado la radiografía de rayos X operando para observar directamente una batería de sales fundidas de sodio y zinc a unos 600 grados Celsius. Las imágenes revelan procesos hasta ahora ocultos y muestran que, en condiciones reales de funcionamiento, las capas de separación dentro de la batería pueden resultar problemáticas. Los hallazgos aportan información importante para nuevos conceptos de celdas simplificadas para el almacenamiento de energía a gran escala.
Diseño de una batería de metal líquido - Proyecto Solstice
HZDR / Blaurock
Las baterías de sales fundidas de sodio y zinc se consideran una opción muy prometedora para el almacenamiento estacionario de energía. Pero envejecen demasiado rápido. "Estos sistemas tienen un gran potencial porque el sodio y el zinc son baratos y fáciles de conseguir", explica el Dr. Norbert Weber. Como coordinador del proyecto SOLSTICE de la UE, el científico de la HZDR ha investigado sistemáticamente diversos conceptos de almacenamiento de sodio y zinc. "Al mismo tiempo, no entendíamos bien por qué las células pierden tanta eficacia durante su uso". Una de las ventajas de la tecnología de alta temperatura es que los metales son líquidos a varios cientos de grados centígrados y pueden transportarse con especial rapidez. Pero es precisamente esta dinámica la que dificulta el control de los sistemas.
Durante mucho tiempo, sólo fue posible deducir indirectamente por qué las baterías de sales fundidas de sodio-zinc envejecen prematuramente. Aunque las mediciones electroquímicas clásicas registran la corriente y el voltaje, no proporcionan una imagen completa de los procesos que tienen lugar en el interior de las celdas. "Nuestra batería es completamente líquida. Lo que ocurre allí es muy dinámico", explica Martins Sarma, autor principal del estudio. "Pero no podemos simplemente abrir una batería para mirar dentro mientras funciona. Y si dejamos que se enfríe, las estructuras cambian radicalmente".
Observación directa de los ciclos de carga mediante rayos X
Para visualizar estos procesos, el equipo utilizó la radiografía de rayos X operando, un método de imagen que les permitió seguir directamente la carga y descarga en condiciones reales de funcionamiento por primera vez. Reveló los movimientos del sodio, el zinc y el electrolito que determinan la eficiencia y longevidad de la batería. Las imágenes ofrecieron una visión inesperadamente clara de un elemento que se considera indispensable en muchos conceptos de pilas: el separador. Se trata de una capa porosa de separación entre los electrodos que impide el contacto directo entre el sodio y el zinc, con lo que se supone que evita reacciones secundarias no deseadas.
Sin embargo, los rayos X revelan que, durante el funcionamiento, el zinc puede acumularse en la zona del separador. Allí pierde el contacto eléctrico con el electrodo y ya no está disponible para seguir alimentando la pila. "Es un poco como el material que se queda atascado en un colador", explica la Dra. Natalia Shevchenko, que trabaja en el almacenamiento electroquímico de energía y su análisis en el HZDR. "Con el tiempo, se pierde cada vez más zinc activo, un mecanismo que ayuda a explicar el envejecimiento celular".
Los resultados demuestran una cosa por encima de todo: los separadores de las baterías de sales fundidas de sodio-zinc no son un componente pasivo; influyen significativamente en el funcionamiento y el envejecimiento de las células. En experimentos suplementarios que excluían un separador, los científicos observaron que el zinc no se adhería a una barrera sólida y se perdía permanentemente. Al mismo tiempo, sin embargo, la autodescarga aumentaba porque el sodio y el zinc podían entrar en contacto más fácilmente. La comparación demuestra claramente que es necesario volver a evaluar los separadores en condiciones de alta temperatura.
Sobre esta base, el equipo trabaja ahora en mejoras específicas del concepto de célula. El objetivo es controlar mejor el transporte de sustancias entre las fases líquidas sin tener que depender de componentes complejos o costosos. A largo plazo, esto debería producir soluciones robustas, sencillas y económicas que faciliten el uso de las baterías de sales fundidas de sodio-zinc también en el almacenamiento de energía a gran escala fuera de los laboratorios.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
M. Sarma, N. Shevchenko, N. Weber, T. Weier, Operando characterisation of Na-Zn molten salt batteries using X-ray radiography: insights into performance degradation and cell failure, in Energy Storage Materials, 2025.
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