Científicos de la Academia China de Ciencias y la Universidad Tecnológica de Delft están trabajando para acelerar la investigación de baterías de iones de sodio para que puedan competir con las baterías de iones de litio que se encuentran en nuestros teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y automóviles eléctricos.
En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores presentan evidencia de haber logrado algo que ni siquiera las mejores supercomputadoras han podido: desarrollar un método para predecir la estructura atómica de las baterías de iones de sodio.
Como su nombre lo dice, las baterías de iones de sodio se basan en sodio, que se encuentra en la sal de cocina, entre otras cosas. En teoría, las baterías de iones de sodio no funcionan tan bien como las baterías de iones de litio, lo que significa que su densidad de energía es entre un 20% y un 30% menor que la de las baterías de iones de litio.
Los investigadores dicen que aunque este rendimiento reducido no los hace competitivos cuando se trata de teléfonos móviles o coches eléctricos, pueden ser una buena alternativa para situaciones en las que el peso es un poco menos importante.
En su artículo, los científicos mencionan aplicaciones marítimas, vehículos que se pueden cargar con frecuencia y muros eléctricos en el hogar o parques de baterías que almacenan energía eólica y solar como elementos que podrían beneficiarse de estas baterías.
El documento también establece que las baterías de iones de sodio brindan más oportunidades en el uso de materias primas para construir electrodos positivos mejores y más baratos, en los que el cobalto, que se usa comúnmente en las baterías de iones de litio, no sería necesario.
Pero llegar a la receta precisa del cátodo ha sido un desafío.
«Dependiendo del cóctel preciso de elementos, terminará con diferencias sutiles en la estructura atómica del electrodo positivo, que tienen un gran impacto en el rendimiento de la batería», dijo Marnix Wagemaker, coautor del estudio, en un comunicado de prensa. . “Con solo un puñado de elementos, hay tantas posibilidades estructurales que ni siquiera la supercomputadora más rápida puede predecir cómo resultarán las diferentes combinaciones. Como resultado, el desarrollo de nuevos materiales es lento «.
Es por eso que Wagemaker y su equipo decidieron comprender mejor la estructura tipo sándwich del cátodo y trabajar para predecir la fórmula ideal para ello.
“Al principio parecía que el tamaño de los iones determinaba la estructura atómica”, dijo Wagemaker. “Pero pronto quedó claro que ese no era el único factor. La distribución de la carga eléctrica de los iones juega un papel fundamental «.
Según el experto, esta fue una idea crucial porque se sabe que la relación entre el tamaño de un ion y su carga, el llamado «potencial iónico», tiene un valor predictivo.
Por lo tanto, los investigadores desarrollaron una fórmula simple basada en el potencial iónico y pudieron predecir qué estructura iban a obtener en qué proporción de una selección de materias primas. «La fórmula nos guía a través de la enorme cantidad de posibilidades de los materiales de los electrodos que pueden ofrecer el mejor rendimiento», dijo Wagemaker.
Los científicos también probaron su fórmula diseñando nuevos materiales e intentaron hacer un cátodo con la mayor densidad de energía posible y otro que se cargue muy rápidamente.
“En ambos casos, lo logramos. En términos de densidad de energía, estábamos justo en el límite superior de lo que es posible. Me gusta el hecho de que una fórmula tan simple, basada en una idea muy antigua de la geología, pueda hacer predicciones a escala atómica con tanta precisión ”, dijo Wagemaker.
Para el equipo, el siguiente paso es mirar también otros tipos de estructuras, tanto en electrodos como en electrolitos para varios tipos de baterías.
