Un equipo de investigadores de la Universidad de Alabama (Estados Unidos), está empleando rayos X para estudiar los cambios en la microestructura de los ánodos de estaño, también conocidos como electrodos negativos, que afectan a la longevidad y la capacidad de almacenamiento de las baterías de ión sodio. El objetivo es, principalmente, aumentar la capacidad de almacenamiento energético de estos dispositivos. Al mismo tiempo, se busca una alternativa al litio, por considerarlo un material limitado y contaminante.
Bajo una subvención de 233.000 dólares por tres años procedentes de la National Science Foundation (NSF), el equipo de investigadores está formado por los estudiantes de posgrado Hernando González y Hosna Sultana, bajo la dirección de George Nelson, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Alabama.
Los experimentos incluyen pruebas electroquímicas y difracción de rayos X para caracterizar la estructura cristalina de los materiales de los electrodos. Estos métodos serán combinados con estudios computacionales a nivel de mesoescala de las microestructuras que componen los electrodos de las baterías de ion sodio. La investigación proporcionará información sobre las interacciones entre la microestructura, la química y el rendimiento de las baterías de ion de sodio.
Baterías adecuadas para el almacenamiento estacionario
Las baterías de ión de sodio se adaptan bien a aplicaciones estacionarias como el almacenamiento de electricidad producida por energía solar y eólica. «Al igual que con la mayoría de las baterías, existe el deseo de aumentar la capacidad de las baterías de iones de sodio. Desafortunadamente, los materiales de baterías de alta capacidad como el estaño se expanden mucho cuando están completamente cargados de sodio», ha explicado George Nelson.
«Estamos usando una combinación de experimentos y modelos numéricos para entender exactamente cómo estos cambios afectan el rendimiento de la batería, de modo que los futuros ingenieros de baterías puedan diseñar los materiales y las microestructuras para hacer mejores baterías de iones de sodio», añade el profesor.
Una alternativa al litio
La investigación también es importante porque una amplia gama de aplicaciones y preocupaciones sobre el abastecimiento y la eliminación podrían limitar el litio como materia prima de la batería en el futuro.
Las baterías de iones de litio son excelentes para el almacenamiento de energía, especialmente en aplicaciones móviles como teléfonos, computadoras portátiles y automóviles eléctricos. Sin embargo, tal y como explica el profesor Nelson, el despliegue de la movilidad eléctrica y el uso de baterías de iones de litio a escala de red podría ejercer una gran presión sobre los suministros globales de este material. Por el contrario, el sodio es abundante en la Tierra y las baterías de iones de sodio presentan densidades energéticas que son adecuadas para el almacenamiento a escala de red».
Además, se han desarrollado baterías de iones de sodio que podrían descomponerse y desecharse en un relleno sanitario estándar, aliviando un problema de eliminación de residuos peligrosos inherente al litio.