Desarrollan baterías de sodio sostenibles a partir de subproductos de la madera

Ante la creciente demanda de almacenamiento de energía para la transición energética, surge la necesidad urgente de tecnologías de baterías que sean rentables, seguras y eficientes en el uso de recursos. Las baterías de sodio, basadas en materiales disponibles localmente y respetuosos con el medio ambiente, ofrecen un enfoque prometedor. Investigadores de Fraunhofer y sus socios de proyecto trabajan en un sistema de baterías de sodio basado en la lignina, un subproducto de la industria de la madera y la pulpa.

La lignina, un biopolímero, es un componente clave de la madera que le otorga estabilidad. Como subproducto de la industria papelera, generalmente se quema para generar energía. Sin embargo, investigadores del Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS y de la Friedrich-Schiller-University Jena, ambos socios del Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC), han ideado una mejor solución.

En el proyecto ThüNaBsE (Batería de sodio de Turingia para almacenamiento de energía escalable), los investigadores desarrollan y evalúan un nuevo tipo de batería de sodio basada en lignina, desde las materias primas hasta una celda completa de 1 Ah. El proyecto busca aumentar la independencia de materias primas críticas mientras se fomenta la transición hacia baterías más baratas, sostenibles y seguras.

Otro objetivo del proyecto es apoyar a investigadores jóvenes en Turingia. Por ello, varios investigadores en formación, que actualmente están completando sus doctorados en los campos de la energía y la investigación sobre baterías, participan en el proyecto ThüNaBsE.

Lignina: Transformando un subproducto en un material reciclable

La lignina está compuesta principalmente por bloques de construcción de hidrocarburos, que pueden utilizarse para diversas aplicaciones químicas, incluyendo material de electrodo para baterías. En el proyecto, se utilizará la materia prima biológica para el electrodo negativo.

"Queremos evitar metales críticos como el litio, cobalto y níquel en la cadena de valor de las baterías. También buscamos minimizar el contenido de flúor en los electrodos y electrolitos, y estamos probando hasta qué punto podemos eliminarlo. Sin embargo, el proyecto se centra principalmente en procesar lignina de alta calidad, disponible localmente, en electrodos de alto rendimiento para nuestras baterías de sodio", afirmó Lukas Medenbach, investigador del Fraunhofer IKTS en Arnstadt, la puerta de entrada al Bosque de Turingia.

Los análogos de Prussian Blue, compuestos de hierro no tóxicos, se utilizarán como material para el electrodo positivo. Este material, que se utilizó por primera vez como pigmento hace aproximadamente 200 años, se caracteriza por su buena disponibilidad de materias primas, compatibilidad ambiental y propiedades de almacenamiento de sodio.

Las primeras celdas demostradoras pequeñas se están construyendo y probando actualmente en el centro de pruebas de baterías del Fraunhofer IKTS en Arnstadt, en Fraunhofer IKTS en Hermsdorf y en la Universidad Friedrich Schiller de Jena. Simulaciones multifísicas realistas complementan el trabajo de laboratorio.

Los resultados son prometedores: "Después de 100 ciclos de carga y descarga, la celda de laboratorio no muestra degradación significativa. El objetivo es demostrar 200 ciclos de carga y descarga para la celda completa de 1 Ah para el final del proyecto", comentó Medenbach.

Una vez completamente desarrollada, la batería podría utilizarse para aplicaciones de almacenamiento estacionario o móvil donde no se requiera carga rápida. Las baterías de sodio basadas en lignina son adecuadas para aplicaciones móviles con menores requerimientos de potencia, incluyendo, por ejemplo, microcoches (con límite de velocidad de 45 km/h) o vehículos logísticos de almacén como montacargas.

Una vez finalizado el proyecto, los socios del proyecto tienen la intención de escalar aún más la tecnología y avanzar hacia los próximos niveles de madurez tecnológica con la ayuda de un consorcio aún más grande.