Las baterías de iones de litio han dominado el mercado durante más de tres décadas, impulsando desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos. Sin embargo, la creciente demanda de litio, su distribución geográfica limitada y su impacto ambiental han acelerado la búsqueda de alternativas viables. En este contexto, la batería de sodio emerge como una de las candidatas más prometedoras para transformar el panorama del almacenamiento energético.
Pero ¿qué es exactamente una batería de sodio, cómo funciona y por qué genera tanto entusiasmo en la comunidad científica e industrial? Exploramos a fondo esta tecnología, sus ventajas, limitaciones y su potencial para el futuro.
¿Qué es una batería de sodio?
Una batería de sodio –técnicamente denominada batería de iones de sodio (Na-ion)- es un tipo de batería recargable que utiliza iones de sodio (Na⁺) como portadores de carga entre el ánodo (electrodo negativo) y el cátodo (electrodo positivo). Su principio de funcionamiento es análogo al de las baterías de iones de litio (Li-ion), pero sustituye el litio por sodio, un elemento mucho más abundante y económico.
El sodio es el sexto elemento más abundante en la corteza terrestre y se encuentra fácilmente en la sal común (cloruro de sodio, NaCl). Esta disponibilidad prácticamente ilimitada es uno de los motivos principales por los que la investigación en baterías de sodio ha cobrado tanta relevancia en los últimos años.
¿Cómo funciona una batería de iones de sodio?
El mecanismo de funcionamiento se basa en el proceso de intercalación, que consiste en la inserción y extracción reversible de iones dentro de la estructura cristalina de los electrodos.
Proceso de descarga (generación de energía)
- Los iones de sodio (Na⁺) se liberan del ánodo.
- Viajan a través del electrolito (una solución conductora de iones) hasta el cátodo.
- Simultáneamente, los electrones fluyen por un circuito externo desde el ánodo hacia el cátodo, generando corriente eléctrica.
Proceso de carga (almacenamiento de energía)
- Se aplica una corriente eléctrica externa.
- Los iones de sodio se desplazan en sentido inverso, del cátodo al ánodo.
- Los electrones regresan al ánodo a través del circuito externo.
- La energía queda almacenada en forma de energía química.
Componentes principales
| Componente | Función | Materiales típicos en Na-ion |
|---|---|---|
| Cátodo | Almacena iones de sodio durante la descarga | Óxidos metálicos laminares, azul de Prusia, fosfatos policatiónicos |
| Ánodo | Almacena iones de sodio durante la carga | Carbono duro (hard carbon), óxidos de titanio |
| Electrolito | Medio conductor de iones entre electrodos | Sales de sodio disueltas en solventes orgánicos o electrolitos sólidos |
| Separador | Evita el contacto directo entre electrodos | Membranas poliméricas porosas |
| Colector de corriente | Conduce los electrones al circuito | Aluminio en ambos electrodos (ventaja frente a Li-ion) |
Un dato técnico relevante: en las baterías de litio, el colector de corriente del ánodo debe ser de cobre, ya que el litio reacciona con el aluminio a bajos potenciales. En las baterías de sodio, se puede usar aluminio en ambos electrodos, lo que reduce significativamente el coste y el peso del dispositivo.
Ventajas de las baterías de sodio
1. Abundancia y bajo coste del sodio
Mientras que el litio representa aproximadamente el 0,0017 % de la corteza terrestre, el sodio constituye alrededor del 2,3 %. Esta diferencia de abundancia se traduce directamente en el precio de las materias primas.
| Aspecto | Litio (Li) | Sodio (Na) |
|---|---|---|
| Abundancia en la corteza terrestre | ~0,0017 % | ~2,3 % |
| Fuente principal | Salmueras, minerales específicos | Sal común (NaCl), océanos |
| Coste del carbonato (referencia) | ~15.000-70.000 USD/ton (variable) | ~150-300 USD/ton |
| Distribución geográfica | Concentrada (Chile, Australia, China) | Universal |
2. Menor dependencia geopolítica
La extracción de litio está concentrada en unos pocos países, lo que genera dependencias geopolíticas y vulnerabilidades en las cadenas de suministro. El sodio, al estar disponible en prácticamente cualquier lugar del planeta, democratiza el acceso a la tecnología de almacenamiento de energía.
3. Mayor seguridad
Las baterías de sodio pueden descargarse completamente hasta 0 voltios para su transporte y almacenamiento, lo que minimiza el riesgo de incendios o cortocircuitos. Las baterías de litio, en cambio, deben mantenerse a un voltaje mínimo para evitar daños irreversibles, lo que implica un mayor riesgo durante la manipulación.
4. Buen rendimiento a bajas temperaturas
Las baterías Na-ion mantienen un rendimiento superior al de las Li-ion en condiciones de frío extremo. Algunos fabricantes reportan que sus celdas de sodio conservan más del 90 % de su capacidad a -20 °C, mientras que las de litio pueden perder entre el 30 % y el 50 % en esas mismas condiciones.
5. Carga rápida
La estructura cristalina de los materiales catódicos empleados y el mayor radio iónico del sodio, paradójicamente, facilitan cinéticas de difusión rápidas en ciertos materiales. Esto permite tasas de carga elevadas, con algunos prototipos alcanzando el 80 % de carga en 15 minutos.
Limitaciones y desafíos actuales
A pesar de sus múltiples ventajas, las baterías de sodio aún enfrentan retos significativos que explican por qué no han reemplazado todavía a las de litio en todas las aplicaciones.
Menor densidad energética
La densidad energética es la cantidad de energía que puede almacenar una batería por unidad de peso o volumen. Actualmente, las baterías de sodio ofrecen entre 100 y 170 Wh/kg, frente a los 150-270 Wh/kg de las mejores celdas de litio. Esto significa que, para almacenar la misma cantidad de energía, una batería de sodio será más pesada o voluminosa. La batería Naxtra de CATL, de sodio, ya ha logrado 175 Wh/kg. El primer vehículo que utiliza esta batería, por cierto, es el Neo A06 de Changan.
Menor vida útil (en algunos diseños)
Aunque la investigación avanza rápidamente, algunos diseños de celdas Na-ion muestran una menor cantidad de ciclos de carga-descarga antes de una degradación significativa. Sin embargo, fabricantes como CATL y HiNa han presentado celdas con más de 3.000 ciclos, lo cual resulta competitivo para muchas aplicaciones.
Tecnología menos madura
Las baterías de litio llevan más de 30 años de optimización industrial. Las de sodio, aunque se investigan desde los años 70, recién han alcanzado la etapa de producción comercial a gran escala en los últimos dos o tres años. Esto implica que todavía hay margen de mejora considerable, pero también que la infraestructura de fabricación es incipiente.
| Característica | Li-ion (actual) | Na-ion (actual) |
|---|---|---|
| Densidad energética | 150-270 Wh/kg | 100-170 Wh/kg |
| Ciclos de vida | 1.000-5.000+ | 1.000-3.000+ |
| Temperatura de operación | -20 °C a 60 °C | -40 °C a 60 °C |
| Tiempo de carga rápida (al 80 %) | 20-30 min | 15-20 min |
| Coste estimado de celda | ~100-130 USD/kWh | ~40-77 USD/kWh |
| Madurez comercial | Alta | En crecimiento |
Aplicaciones actuales y futuras
Almacenamiento estacionario de energía
Esta es probablemente la aplicación más inmediata y natural para las baterías de sodio. En sistemas de almacenamiento para redes eléctricas y energías renovables (solar, eólica), el peso y el volumen son menos críticos que el coste. Aquí, las Na-ion ofrecen una relación coste-rendimiento superior.
Vehículos eléctricos de gama económica
Fabricantes como BYD y JAC Motors ya han lanzado modelos de vehículos eléctricos equipados con baterías de sodio. Aunque no ofrecen la autonomía de los modelos premium con litio, resultan ideales para vehículos urbanos con un rango de 200-300 km, donde el precio es el factor determinante.
Electrónica de consumo de bajo coste
Herramientas eléctricas, sistemas de iluminación de emergencia, patinetes eléctricos y otros dispositivos donde la densidad energética extrema no es imprescindible podrían beneficiarse de esta tecnología.
Respaldo energético industrial
Sistemas UPS (alimentación ininterrumpida), torres de telecomunicaciones y centros de datos en regiones con redes eléctricas inestables representan otro nicho estratégico.
Principales actores en el mercado
La carrera por la comercialización de baterías de sodio está liderada mayoritariamente por empresas chinas, aunque la investigación es global:
- CATL (China): presentó su primera generación de celdas Na-ion en 2021 con 160 Wh/kg.
- HiNa Battery (China): spin-off del Instituto de Física de la Academia China de Ciencias, con producción en línea desde 2023.
- Faradion (Reino Unido, adquirida por Reliance Industries de India): pionera europea con más de una década de investigación.
- Natron Energy (EE.UU.): enfocada en almacenamiento estacionario con química de azul de Prusia.
- Altris (Suecia): desarrolla cátodos basados en azul de Prusia con enfoque sostenible.
¿Se impondrá esta tecnología?
La batería de sodio no es simplemente una versión “barata” de la batería de litio; es una tecnología con identidad propia, con ventajas específicas en coste, seguridad, rendimiento térmico y sostenibilidad geopolítica. Aunque su menor densidad energética la hace menos adecuada –por ahora- para aplicaciones donde el peso es crítico, su potencial en almacenamiento estacionario y movilidad eléctrica asequible es enorme.
Con la investigación avanzando a ritmo acelerado y las primeras líneas de producción masiva ya operativas, las baterías de sodio están dejando de ser una promesa de laboratorio para convertirse en una realidad comercial. En un mundo que necesita almacenar cantidades crecientes de energía renovable de forma económica y sostenible, el sodio podría ser el protagonista inesperado de la próxima revolución energética.
En el almacenamiento energético a gran escala es donde, a priori, se ve el mayor potencial de desarrollo para esta tecnología. Sin embargo, CATL está impulsando también su implementación como batería de tracción en los vehículos eléctricos. A partir del año 2026 tienen un potente plan de despliegue de esta tecnología dentro del sector.