El almacenamiento en baterías es un elemento que facilita la transición energética, especialmente los potentes dispositivos de iones de litio. Sin embargo, estos dispositivos tienen sus inconvenientes, ya que las prácticas de extracción y el coste del litio han suscitado preocupación.
Robin Zeng, presidente del gigante chino Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL), un peso pesado en la fabricación de baterías, ha presentado una solución. La empresa está lanzando comercialmente baterías de iones de sodio (Na-ion) sin litio.
El fabricante afirma que su nuevo producto cumple todos los requisitos de los clientes modernos. Para empezar, la batería presenta una alta densidad energética, de 160 Wh/kg. Esta cifra es un poco inferior a los 200 Wh/kg que alcanzan los dispositivos LFP que CATL distribuye para Tesla, pero Zeng ya ha sugerido que la segunda generación de baterías de Na-ion alcanzará la marca de los 200 Wh/kg. Los dispositivos modernos NMC-811 muestran densidades energéticas más cercanas a los 300 Wh/kg.
Sin embargo, parece que el producto de iones de sodio no se queda atrás en sus otras propiedades electroquímicas y, por ejemplo, puede cargarse al 80% en solo 15 minutos. Además, se dice que la batería funciona bien a bajas temperaturas. A -20 grados Celsius, el dispositivo de Na-ion conserva el 90% de su capacidad nominal, según el fabricante. Además, en términos de estabilidad térmica, la empresa china afirma que su nuevo producto supera las normas nacionales.
Primera aplicación
CATL utilizará la primera generación de las baterías para dirigirse al mercado de los vehículos eléctricos (VE) y ha destacado características clave como su rendimiento a baja temperatura, que las haría adecuadas para los mercados de la automoción con inviernos severos. En un principio, CATL lanzará paquetes de baterías para vehículos eléctricos que combinarán baterías de iones de sodio y de litio, para compensar la baja densidad energética. Para ello, CATL también ha desarrollado un sistema de gestión de baterías.
“La menor energía de las celdas de iones de sodio sugiere que la tecnología puede ser más adecuada para aplicaciones de almacenamiento de energía estacionarias, que son menos restrictivas, mientras que la presentación de paquetes de baterías que combinan celdas de iones de sodio y de litio podría apuntar a un compromiso de rendimiento para los vehículos eléctricos de bajo coste, con el potencial de interrumpir el mercado de masas”, dijo el analista de investigación de Wood Mackenzie Max Reid.
Los mismos principios de funcionamiento
Las baterías de iones de sodio tienen un principio de funcionamiento similar al de los dispositivos de iones de litio. En ambos, el ion viaja entre el ánodo y el cátodo, dejando caer o absorbiendo electrones. Aunque el litio es muy bueno para esto, también es escaso como materia prima, ya que la mayor parte de su producción se concentra en Chile, Australia y China.
El mercado del litio no solo es volátil por la ubicación geográfica del metal, sino que su extracción también es objeto de críticas por el uso intensivo de agua y otros aspectos relacionados con su huella medioambiental. Las baterías de iones de sodio se han sugerido como una alternativa sin litio.
WoodMac considera que la llegada de los dispositivos de iones de sodio ofrece la posibilidad de relajar las limitaciones de suministro de materias primas para baterías. “Alrededor del 93% de la capacidad de células de CATL se encuentra en China”, dijo el analista principal Le Xu. “El desarrollo de la tecnología de baterías de iones de sodio podría diversificar su consumo de materias primas, especialmente de litio. Proveedores de baterías como CATL, Tesla, y LG Chem han firmado proactivamente acuerdos de suministro con mineros de Australia y Chile, lo que ha impulsado los precios al contado de los productos químicos de litio a un nuevo máximo en los últimos seis meses.”
El sodio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre y puede extraerse, por ejemplo, mediante electrólisis del cloruro de sodio (sal de mesa). También puede encontrarse en otras conexiones químicas.
El reto de las baterías de iones de sodio ha sido el mayor volumen de iones de sodio que se necesita, en comparación con los iones de litio. Para dar cabida a los iones adicionales, hay que tener en cuenta requisitos particulares en cuanto a la estabilidad estructural y las propiedades cinéticas del material, y los intentos realizados hasta la fecha han hecho que la capacidad se desvanezca rápidamente en los dispositivos de iones de Na.
Nuevos materiales
Para superar el reto, CATL dijo que utilizó Fennac, es un polvo blanco de Prusia con una mayor capacidad específica. El material NaxFe[Fe(CN)6]y-nH2O también ha sido considerado por otros equipos de investigación como un posible cátodo para las baterías de Na-ion, pero las limitaciones prácticas relacionadas con la capacidad y la estabilidad de los ciclos habían impedido un avance comercial. CATL afirma haber resuelto el problema rediseñando la estructura del material y reorganizando los electrones. En cuanto al ánodo, CATL también ha desarrollado un nuevo material basado en el carbono, cuya estructura altamente porosa permite el almacenamiento de iones de sodio, lo que garantiza el rendimiento del ciclo.
“La tecnología de iones de sodio lleva mucho tiempo siendo promocionada para su uso en baterías comerciales debido al bajo coste y la gran abundancia del sodio, en relación con el litio, y el hecho de que CATL produzca baterías de iones de sodio a gran escala demuestra que el atractivo de esta tecnología está dando sus frutos más pronto que tarde”, afirma Reid, de WoodMac.
Con la vista puesta en los costes de producción, Qisen Huang, vicedecano del Instituto de Investigación de CATL, dijo que la fabricación de baterías de iones de sodio sería muy compatible con los métodos y equipos de producción actuales. CATL ha iniciado la producción industrial de los dispositivos y quiere estabilizar la cadena industrial de estos productos para 2023. Para ello será necesario un esfuerzo conjunto de los proveedores y los consumidores finales, señaló el CATL, que ha invitado a ambos grupos, así como a los institutos de investigación, a unir sus fuerzas para impulsar el despliegue del producto.
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