Las baterías de sodio presentan algunas fuertes ventajas frente a las NCM y LFP basadas en litio. Son baterías más baratas, más longevas –en cuanto a ciclos de carga soportados– y tienen un rango térmico operativo más amplio. Pero siempre se ha creído que están limitadas por su baja densidad energética y, además, limitadas por su potencia de carga rápida. Dos puntos clave que acaban de desmontar dos hallazgos recientes.
Un estudio ha demostrado que pueden cargarse más rapido que las de litio aplicando cambios de diseño relativos al ánodo de la celda –con un cátodo de sodio-. Y otro avance industrial, por su parte, ha demostrado una densidad energética récord con baterías de sodio con electrolito sólido. Tanto uno como el otro atacan las principales desventajas de las celdas de sodio, y baterías también por tanto, y plantean un futuro más amplio para las baterías de sodio.
Densidad energética récord en celdas de sodio
Sodium Technology ha anunciado que sus celdas de sodio con electrolito sólido, de gran formato, con más de 25 Ah, han alcanzado los 348,5 Wh/kg de densidad energética. El récord, por cierto, ha sido certificado de forma oficial por el China Automotive Technology and Research Center (CATARC). Y es relevante contrastar esto con la densidad energética actual de las baterías ternarias y LFP.
Las actuales baterías ternarias de litio comerciales; es decir, las NCM de vehículos eléctricos actuales, rondan los 280 a 300 Wh/kg, de modo que se demuestra que las baterías de sodio no solo sirven para aplicaciones de baja densidad energética, como sistemas de almacenamiento energético estacionario. El secreto detrás de este hallazgo está en una arquitectura concreta: cátodo de óxido laminar de alta energía y un diseño sin ánodo.
La optimización del cátodo a nivel atómico, que ha hecho Sodium Technology, aumenta en más de un 15% la capacidad específica y reduce la degradación por cambios de fase. Además, mantiene en más del 80% la capacidad tras 2.000 ciclos de carga y descarga, y mejora de forma drástica la difusión iónica. También se ha trabajado en un recubrimiento nanoestructurado tipo cerámico, y un dopado gradiente que mejora la estabilidad y conductividad.
Para un diseño así se elimina el ánodo tradicional por completo. En la primera carga el sodio metálico se deposita de forma directa en el colector de corriente. Así se consigue reducir el material inactivo, liberar el volumen interno en hasta un 30%, y además simplificar la fabricación. Por supuesto, el resultado clave es que se logran niveles de densidad energética a priori impensables para el sodio.
En la carga rápida con baterías de sodio también hay un gran avance
En el mismo mes de diciembre, un estudio de la Tokyo University of Science, publicado en el Chemical Science, ha desmontado también el problema de que las baterías de sodio eran lentas de cargar. El equipo está liderado por el profesor Shinichi Komoba, y se dedicó a analizar baterías de sodio y litio usando el mismo ánodo de carbono duro, pero eliminando los errores típicos de los test convencionales.
El problema no era el sodio, sino la forma de medirlo. Las pruebas tradicionales de carga rápida suelen estar dominadas por limitaciones del electrolito, el transporte iónico dentro del electrodo y estructuras compuestas que enmascaran la cinética real. Y para aislar el comportamiento del material, lo que han hecho los investigadores es emplear electrodos diluidos que minimizan los efectos del transporte. Así pudieron comparar de forma directa la sodiación y la litiación.
Y el resultado ha sido claro. Una vez que se eliminaron las limitaciones externas se pudo observar que la inserción de sodio es intrínsecamente más rápida que la de litio, que el proceso limitante es el llenado de nanoporos del carbono duro, y que el sodio necesita menos energía que el litio para formar clústers pseudo-metálicos dentro de esos poros.
Todo esto, efectivamente, se traduce en un mejor potencial de carga rápida. O explicado más sencillo, en que las baterías de sodio, a nivel técnico, pueden cargarse tan rápido como las de litio, o inccluso más rápido. Tan solo habría que optimizar la estructura de nanoporos de carbono duro, tal y como ha demostrado este estudio japonés.
