Baterías de sodio de estado sólido: una opción más segura y económica

Las baterías se han vuelto esenciales en nuestra vida diaria, alimentando desde teléfonos y computadoras portátiles hasta vehículos eléctricos. Sin embargo, las tecnologías actuales presentan desventajas, como su alto costo, inflamabilidad y dependencia de materiales cada vez más escasos que requieren procesos de extracción complejos.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Western está trabajando en una nueva alternativa: las baterías de sodio de estado sólido, que muestran un gran potencial para abordar estos problemas. Según el Dr. Yang Zhao, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la universidad, "la mayoría de las baterías actuales utilizan electrolitos líquidos inflamables y elementos raros como el litio. El sodio es mucho más abundante y barato, y si logramos utilizarlo en una forma sólida, podría ser más seguro y duradero".

Las baterías de estado sólido reemplazan los electrolitos líquidos por materiales sólidos, lo que las hace inherentemente más seguras y promete una mayor densidad de energía, lo que significa que las baterías durarían más entre cargas. Sin embargo, lograr que los iones de sodio se muevan rápida y confiablemente a través de estos sólidos ha sido un desafío científico complicado.

El equipo de Zhao formuló un nuevo material que contiene azufre y cloro. Mientras que los electrolitos tradicionales son químicamente estables, suelen tener dificultades para mover los iones de sodio desde el extremo positivo de la batería hacia el negativo. El componente de azufre en el nuevo diseño mejora la conductividad al facilitar el movimiento de los iones a través de la estructura y refuerza el material en general. Los hallazgos fueron publicados en las revistas Advanced Functional Materials y Advanced Materials.

Además de su alta conductividad de iones de sodio, el material desarrollado por Zhao y su equipo presenta una excelente estabilidad térmica y mecánica. Esto es crucial para las baterías que necesitan durar innumerables ciclos de carga y descarga y funcionar de manera confiable en un amplio rango de temperaturas. En muchos diseños de estado sólido, el electrolito puede degradarse al entrar en contacto con otros componentes de la batería, pero este no es el caso con el material desarrollado por el equipo de Western.

Para observar cómo se mueven los iones dentro del electrolito sólido, Zhao y sus colegas utilizaron los potentes rayos X de la Canadian Light Source en la Universidad de Saskatchewan.

"Estas herramientas de rayos X nos permiten ver el entorno químico local, las rutas de iones y las estructuras de enlace de maneras que los instrumentos de laboratorio convencionales no pueden", afirmó Zhao. "Son absolutamente esenciales para desarrollar materiales de baterías de estado sólido".

Aunque es probable que las baterías de estado sólido aún tarden algunos años en llegar al mercado comercial, el Dr. Zhao se muestra optimista: "Estamos logrando un progreso real hacia baterías más seguras y rentables".