Los dispositivos digitales, las tecnologías de energía renovable y los vehículos eléctricos están aumentando el mercado de las baterías de iones de litio. Sin embargo, estas baterías recargables de alto rendimiento tienen algunos inconvenientes. Una alternativa potencialmente atractiva es la batería de iones de sodio. El proyecto SEED se ha centrado en los iones de sodio para investigar nuevas combinaciones de soluciones de electrolitos y materiales de electrodos.
Las investigaciones del equipo del proyecto SEED consisten en almacenar los iones de sodio junto con su capa de solvato, es decir, moléculas de solvente de la solución electrolítica que separan los dos electrodos. Esto hace posible realizar reacciones de almacenamiento completamente nuevas.
Proceso de intercalación
La intercalación es el proceso por el cual un ion huésped se inserta en una red huésped. Cuando los iones se almacenan junto con su capa de solvatación en una red cristalina, este proceso se llama cointercalación. Aunque hasta ahora este concepto se había limitado al electrodo negativo de la batería de iones de sodio, el equipo de investigación logró extenderlo al electrodo positivo de la batería.
Con disulfuro de titanio y grafito, los científicos han combinado por primera vez dos materiales que absorben y liberan el mismo solvente durante la carga y descarga de la batería.
Con la ayuda de mediciones operativas realizadas en el difractómetro de dispersión de energía LIMAX-160 en el X-Ray CoreLab de HZB, el equipo identificó cambios en el material durante la carga y descarga. Esto les permitió asignar el mecanismo de cointercalación dentro de la batería. Con esta nueva perspectiva, desarrollaron la primera prueba de concepto de batería de cointercalación de solventes: una batería con dos electrodos que se basan en la cointercalación reversible de moléculas de solventes.
Mejora de la eficiencia, entre las posibles ventajas
Los investigadores explican que todavía están en las primeras etapas de comprensión de las implicaciones de las baterías de cointercalación, pero ya vislumbran algunas posibles ventajas. El proceso de intercalación conjunta podría mejorar la eficiencia al permitir un mejor rendimiento a baja temperatura. También podría utilizarse para mejorar los conceptos de células alternativas, como el uso de iones multivalentes en lugar de almacenamiento de Li+ o Na+ que son particularmente sensibles a la capa de solvatación.
El proyecto SEED comenzó en junio de 2020 y finalizará el 31 de mayo de 2025. Cuenta con un presupuesto de 1.997.811 euros financiado por el programa Ciencia Excelente del Consejo Europeo de Investigación (ERC).