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Baterías de sodio
09Nov, 21 09/11/2021Coches Eléctricos

A medida que aumentan las ventas de vehículos eléctricos, el suministro de litio puede ser escaso, por ello, algunas empresas están incorporando celdas con sodio, que proporcionan una carga casi igual de grande con la intención de crear baterías de sodio.
Hace medio siglo, la batería del futuro se construyó con sodio, la razón tiene que ver con que los mares son salados, el sodio es un elemento ligero que se ioniza fácilmente, cediendo uno de sus electrones. En una pila, esos iones van de un lado a otro entre dos placas de carga opuesta, generando una corriente.

Parecía una forma prometedora de alimentar una casa o un coche, pero entonces otro elemento se coló en la fiesta: el litio, el vecino de arriba del sodio en la tabla periódica. En 1991, Sony comercializó la primera batería recargable de iones de litio, lo suficientemente pequeña y portátil para alimentar sus cámaras de vídeo portátiles. El litio era más ligero y fácil de trabajar que el sodio, por lo que surgió una industria de baterías en torno a él.

Las empresas y los laboratorios de investigación se apresuraron a meter más energía en menos espacio. El sodio pasó a un segundo plano.

La vuelta a las baterías de sodio

Por eso sorprendió este verano que la empresa china CATL, uno de los mayores fabricantes de baterías del mundo, anunciara su interés en las baterías de sodio y que él sodio desempeñaría un papel en el futuro electrificado. CATL, al igual que sus competidores, es una empresa de litio hasta la médula. Pero a partir de 2023, empezará a colocar celdas de sodio junto a las de litio dentro de los paquetes de baterías que alimentan los coches eléctricos. ¿Por qué? Bueno, en primer lugar, un ejecutivo de CATL señaló que el sodio es más barato que el litio y funciona mejor en climas fríos, pero también se estaba cubriendo una cuestión que era difícil de imaginar en 1991.

A finales de esta década, el mundo se quedará sin materias primas para las baterías, no sólo de litio, sino también de metales como el níquel y el cobalto. Ahora que la electrificación se está produciendo a gran escala, es el momento de pensar en la diversificación. Un portavoz de CATL dice a WIRED que empezó a pensar en el sodio hace 10 años.

El anuncio del CATL “inyectó nueva energía a la gente que trabaja con el sodio”, dice Shirley Meng, científica de baterías de la Universidad de California en San Diego que trabaja mucho con ambos elementos. Como joven profesora, Meng empezó a trabajar con el sodio en parte porque buscaba un nicho convenientemente extraño en el que destacar, pero también porque creía que tenía potencial. “La mayor barrera para el éxito del sodio era que el litio tenía mas popularidad”, dice.

El litio no es excepcionalmente raro, pero los yacimientos se concentran en lugares difíciles de extraer. Por eso, empresas como CATL compiten para asegurarse una parte del suministro en un número limitado de minas, situadas sobre todo en Australia y los Andes. Mientras tanto, las reservas de América del Norte se ven envueltas en disputas medioambientales, lo que hace temer a Estados Unidos por la seguridad de las cadenas de suministro. La competencia es aún más feroz en el caso del níquel -que Elon Musk ha calificado como la “mayor preocupación” para el futuro de las baterías de los vehículos eléctricos, debido a las limitaciones de precio y suministro- y del cobalto, cuyo 70% se extrae en la República Democrática del Congo.

A medida que se abran más minas, probablemente habrá suficiente litio para alimentar todos los vehículos del mundo, afirma Meng. Pero eso no tiene en cuenta todo lo que está preparado para la electrificación que no son los coches: principalmente, las baterías que gestionarán la carga dentro de las microrredes y mantendrán nuestras luces encendidas por la noche cuando los paneles solares del tejado estén a oscuras. Ese es el tipo de aplicaciones que Meng tenía en mente cuando se metió en la investigación del sodio, “Pensaba que todo el mundo tendría una nevera para los electrones en su casa de la misma manera que tiene una nevera para la comida”, dice, “Creo que ésa es realmente la visión del almacenamiento en red”.

Baterías mas ecológicas

El sodio es un elemento común que suele extraerse de la ceniza de sosa, pero puede encontrarse básicamente en cualquier lugar, incluso en el agua de mar y en la turba de las turberas. Además, resulta muy adecuado para el tipo de aplicaciones que describe Meng, los iones son un poco más pesados y grandes que los del litio, lo que significa que no se puede meter tanta energía en un espacio reducido, como la batería de un coche. “Donde las baterías de sodio pueden tener un gran impacto es en la red eléctrica”, explica Nuria Tapia-Ruiz, profesora de la Universidad de Lancaster y directora de la iniciativa de baterías de sodio de la Institución Faraday. Esas baterías pueden ser un poco más grandes, un poco más pesadas, pero no importa porque sólo tienen que estar bien asentadas”.

Históricamente, dice Tapia-Ruiz, las baterías de sodio se han visto frenadas en parte por su estabilidad química. Aunque el sodio y el litio son vecinos periódicos, existen en universos químicos paralelos, reaccionando de forma diferente con diversos elementos y compuestos. Esto significa que el cambio al sodio requiere el desarrollo de nuevos materiales para el cátodo y el ánodo de la batería, los electrodos positivo y negativo que capturan y liberan iones cuando la batería se carga y se gasta. Uno de los problemas es que las reacciones químicas en el interior de la batería pueden corroer el electrolito que se encuentra entre los electrodos, reduciendo la vida útil de la batería o arriesgándose a la creación de sodio metálico, que puede ser explosivo. Otro problema es que las baterías de sodio de alta densidad energética suelen contener níquel, al igual que muchas baterías de litio, eliminar ese metal es una preocupación clave para los investigadores, “Pero es lo que hay que hacer porque se quiere crear una tecnología que sea sostenible y muy ecológica”, dice Tapia-Ruiz.

Sin embargo, el puñado de laboratorios y empresas emergentes que aún trabajan con sodio han hecho discretos progresos en las últimas décadas. Natron, una startup con sede en California, construye baterías de sodio principalmente para la energía de reserva en instalaciones industriales y centros de datos.

La empresa utiliza un material llamado azul de Prusia como base de sus electrodos, una variación del primer pigmento sintético utilizado en pinturas icónicas, como Bajo la gran ola de Kanagawa. Dentro de una batería, el diseño no es especialmente denso en energía, incluso para los estándares del sodio, pero una ventaja, según Jack Pouchet, vicepresidente de ventas de la empresa, es que “nuestra cadena de suministro podría ser local” contiene elementos comunes como el sodio, el manganeso y el hierro, y la fábrica está en Santa Clara, California.

La empresa espera que sus baterías puedan usarse para cargar rápidamente los coches eléctricos cuando la red eléctrica esté saturada. Natron está avanzando en sus planes de instalar estos dispositivos en San Diego, dice Pouchet.

Baterías de sodio mas seguras

El otro argumento de la empresa es la seguridad, Pouchet señala los incidentes en las operaciones de almacenamiento de baterías en red, incluido un gran incendio en una instalación de baterías en Australia y un sobrecalentamiento en otra instalación en California, como motivo de preocupación sobre la conveniencia de poner baterías en la casa de todos, por muy raros que sean esos incendios. “No me gustaría tener eso en mi garaje”, dice. En el sitio web de la empresa hay vídeos de demostración en los que se aplastan y calientan los paquetes de baterías y se les dispara con una pistola, todo ello sin problemas aparentes.

Pero, en general, la seguridad de las baterías de sodio “no es perfecta”, dice Meng, y depende del diseño específico de la batería. Todo se reduce a la combinación del cátodo y el electrolito adecuados, y eliminar el riesgo de incendio es más difícil en el caso de las baterías de mayor densidad energética, como las que se encuentran en los coches, o las diseñadas para dispensar energía durante un periodo de tiempo más largo, como las baterías de almacenamiento en red.

También CATL afirma que sus diseños de sodio son seguros, además de ofrecer una mayor densidad energética con un cátodo sin níquel. La batería es comparable, según la empresa, a las de litio-hierro-fosfato, o LFP, que son cada vez más populares en los coches de gama media. CATL también compensa la menor densidad energética combinando las baterías de sodio con celdas de litio. La empresa ha dicho que su objetivo es hacer que los dos elementos sean en gran medida intercambiables también en el proceso de fabricación, colocando el sodio junto al litio en su amplia y compleja cadena de suministro.

Esto es muy importante, explica Meng, porque cualquier comparación de costes entre los diseños de sodio y litio dependerá del aumento de la producción de baterías de sodio, eso depende de grandes fabricantes como CATL. Wood Mackenzie, una consultora especializada en recursos naturales, calcula que las baterías de sodio costarán un 40% menos que las de litio, en gran medida por el bajo coste de los materiales, pero sólo cuando se incremente la producción de sodio, la empresa afirma que se espera que el litio siga siendo dominante en los próximos años en el mercado de los vehículos eléctricos, un hecho que podemos observar a día de hoy con las noticias de futuras compras de empresas fabricantes de baterías por parte de las marcas automovilísticas.

Meng señala que tecnologías como el sodio -y otras alternativas al litio, como el zinc y el vanadio- son también una oportunidad para que lugares como Estados Unidos, que carece de una amplia industria de baterías, construyan una, Meng y otros investigadores de la Universidad de California en San Diego lanzaron recientemente una iniciativa para establecer técnicas de fabricación de baterías de sodio de estado sólido, una nueva generación de tecnología que sería mucho más segura y con mayor densidad energética que las baterías que tenemos ahora, todavía falta mucho: los investigadores y las empresas de nueva creación están luchando por comercializar las baterías de litio de estado sólido, y las versiones de sodio han recibido mucha menos financiación y atención. Pero merece la pena planificar el futuro, añade, y seguir trabajando con los menos favorecidos. “Todavía se pueden hacer muchos más descubrimientos interesantes”, afirma.

La movilidad eléctrica crece a pasos agigantados, forzada por el cambio climático, cada vez son mas las personas que simpatizan por un cambio y un futuro mas limpio, Smart Wallboxes como empresa instaladora de infraestructuras de recarga para vehículos eléctricos aboga por este movimiento.

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