Batería de iones de sodio 12.03.2015

Los químicos han fabricado una batería de iones de sodio que funciona tan bien como la batería de iones de litio a la que estamos acostumbrados.

Hace algunos años, se sugirió que es hora de que la humanidad piense en una escasez inminente, pero no en la de petróleo y gas, a la que generalmente tememos, sino en la escasez de un metal alcalino: el litio. En nuestra vida hay cada vez más aparatos electrónicos y todo tipo de gadgets. Y todos ellos, desde un teléfono móvil hasta un coche eléctrico, utilizan energía eléctrica almacenada en baterías. La mayoría de estas son baterías de iones de litio. Hoy en día es el tipo más común de pilas recargables. Y aunque es poco probable que veamos guerras por los depósitos de litio en un futuro cercano, su costo puede aumentar. Y esto significa que es hora de pensar en baterías más baratas que usarían otras celdas. Los desarrolladores están apostando por el pariente más cercano del litio en el sistema periódico: el sodio, como un metal mucho más común y económico.

¿Por qué no puede tomar y reemplazar el litio en una batería con sodio? Se trata del tamaño atómico. Aunque el litio y el sodio son muy similares en sus propiedades químicas, el átomo de sodio es significativamente más grande que el átomo de litio. Y resulta crítico para el funcionamiento de la batería. Una batería de litio tiene dos electrodos, uno de carbono o grafito y el otro de un óxido de metal como el cobalto. Los iones de litio sirven como portador de carga entre los electrodos, por lo que, de hecho, se denominan baterías de iones de litio. Durante la recarga, los iones de litio se liberan del electrodo de óxido de metal y pasan al segundo electrodo, que está hecho de carbono.

El tamaño de los átomos de litio es tal que pueden integrarse fácilmente en la estructura del electrodo. Este proceso se llama intercalación, durante el cual los iones metálicos "aprietan" entre las capas atómicas de grafito. Durante la descarga, ocurre el proceso inverso: los iones de litio abandonan el electrodo de grafito y regresan al segundo electrodo.

El punto clave de este proceso electroquímico es precisamente la incorporación de iones al electrodo. Cuanto más rápido y fácil pasa, mayor puede ser la potencia instantánea. Si el proceso es lento, la batería no podrá proporcionar la corriente necesaria para operar el dispositivo. Esta es precisamente la dificultad de desarrollar una batería de iones de sodio. Un electrodo de carbono no es adecuado porque los iones de sodio, debido a su tamaño, son extremadamente reacios a integrarse en la estructura del grafito.

Es por eso que los electroquímicos buscan materiales de electrodos que sean adecuados para la electrónica convencional. Después de todo, es posible hacer una batería con iones de sodio, y funcionará, el punto es que no será tan pequeña, espaciosa y poderosa como el litio. Pero son la potencia y el tamaño los parámetros más importantes para los dispositivos móviles.

Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Yong Lei de la Universidad Técnica de Ilmenau en Alemania ideó un material que se puede usar para fabricar un electrodo en una batería de iones de sodio, de modo que no sea inferior al litio en términos de potencia. y capacidad

Primero, los químicos analizaron qué propiedades debería tener el material del electrodo para garantizar la introducción efectiva de iones de sodio. La elección recayó en los compuestos aromáticos conjugados de la clase de los transestilbenos. Tienen la capacidad de transferir carga, son estables al cargar y descargar la batería y forman capas intermoleculares entre las que se puede introducir sodio fácilmente.

Los químicos probaron qué tan bien funcionaría un electrodo hecho de dicho material y resultó que con una densidad de corriente promedio de 1 A / g, la capacidad sería de 160 mAh / g, que no es inferior a las baterías de iones de litio. La batería también se desempeñó bien en la prueba de resistencia, conservando el 70 % de su capacidad después de 400 ciclos de carga y descarga. Y aunque la implementación comercial del proyecto aún está lejos, los resultados obtenidos indican que las baterías de iones de sodio tienen derecho a la vida y pueden, en principio, reemplazar a las ya conocidas baterías de iones de litio.