Nueva Batería de Sodio para un Almacenamiento de Energía Rentable

Por:  Dr. Olivier Alirol, Físico de Resonance Science Foundation

Encontrar un nuevo material de almacenamiento de energía es un gran reto, y el sodio se muestra muy prometedor. Al ser uno de los dos ingredientes principales de la sal, es muy abundante, no tóxico y barato. Sin embargo, es muy difícil producir una batería basada en el sodio. El problema es que, cuando se exponen al aire, los metales del cátodo de una batería de sodio pueden oxidarse, disminuyendo el rendimiento de la batería o incluso dejándola completamente inactiva.

En los últimos años, la investigación sobre el desarrollo de baterías de iones de sodio ha hecho grandes progresos en términos de rendimiento utilizando óxidos de metales de transición en capas y polianiones. Parece que los compuestos de sodio pueden ser prometedores en comparación con sus análogos de litio. Si se combinan los óxidos metálicos estratificados con los polianiones, se obtendrá un buen compromiso entre las altas densidades de energía y la vida útil estable de los ciclos.

El uso de baterías de iones de sodio para aplicaciones a escala de red necesitará un material activo que combine una alta densidad energética con la sostenibilidad. Dada la capacidad teórica altamente específica y la abundancia en la Tierra del rodizonato de disodio (Na₂C₆O₆), es uno de los cátodos más prometedores para estas nuevas baterías de iones de sodio. Sin embargo, se han encontrado dificultades técnicas debido, en parte, a una capacidad reversible inferior a la esperada. Para resolver esta dificultad, un equipo de la Universidad de Stanford estudió la transformación de fase del rodizonato de disodio durante el ciclo. Descubrieron la causa del deterioro de la actividad redox del cátodo. Identificaron el tamaño de las partículas activas y las condiciones del electrolito como factores clave para disminuir la barrera de activación. Sobre la base de este conocimiento, modificaron el almacenamiento de cuatro sodios del cátodo mejorando la eficiencia energética y la retención del ciclo.

Cambios morfológicos durante la transformación de fase reversible y mecanismo redox propuesto para el almacenamiento de sodio del rodizonato de disodio (Na₂C₆O₆). Esquema del mecanismo propuesto de/sodiación del Na₂C₆O₆.

Gracias a esta mejor comprensión del mecanismo redox asociado a los cambios estructurales y morfológicos durante los ciclos, el equipo logró un aprovechamiento total de su nueva batería. Inesperadamente, la formación espontánea de nanoestructuras permitió una fácil transformación de fase en los ciclos, lo que proporcionó un mecanismo para realizar la capacidad de alta velocidad de los materiales del electrodo. Las prestaciones electroquímicas resultantes del nuevo electrodo de sodio superan las de otros candidatos a cátodo para baterías de iones de sodio.

“Este ya es un buen diseño, pero estamos seguros de que puede mejorarse optimizando aún más el ánodo de fósforo".

 

Yi Cui, Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Universidad de Stanford, California

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