Un equipo internacional de científicos ha realizado una revisión bibliográfica de los avances recientes y las perspectivas futuras de los componentes clave de las baterías de iones de sodio (SIB).

Las SIB almacenan y liberan energía mediante el desplazamiento de iones de sodio entre el cátodo y el ánodo a través de un electrolito durante la carga y la descarga. Se consideran una alternativa atractiva a las baterías de iones de litio (LIB) porque el sodio es abundante y está distribuido geográficamente de manera más uniforme.

“La creciente necesidad de soluciones de almacenamiento de energía asequibles y sostenibles en importantes sectores de uso final, incluidos el automotor, el industrial y el almacenamiento de energía, está contribuyendo a la sólida expansión del mercado mundial de baterías de iones de sodio”, declaró a pv magazine el autor correspondiente, Ababay Ketema Worku.

“Las SIB todavía se encuentran en sus primeras etapas, aunque los dispositivos comerciales de primera generación de empresas como Contemporary Amperex Technology, Faradion y TIAMAT ya han ingresado al mercado del almacenamiento de energía, dirigidos a aplicaciones de movilidad ligera y estacionarias”, agregó. “A pesar de sus beneficios a largo plazo en materia de rendimiento, economía y medioambiente, la penetración de las SIB sigue siendo baja en todo el mundo y se espera que el mercado crezca significativamente durante los próximos 10 años”.

Entre los factores que limitan una adopción más amplia de las SIB, Worku citó una menor densidad energética y una vida útil más corta en comparación con las LIB. Estas limitaciones están vinculadas en gran medida al mayor radio iónico del sodio, que somete a los materiales de los electrodos a un mayor estrés mecánico y puede acelerar su degradación.

Otros desafíos incluyen mayores tasas de autodescarga, cadenas de suministro poco desarrolladas para materiales de grado batería e ineficiencias en los procesos de fabricación, entre ellos la formulación de la suspensión, el secado de los electrodos y el ensamblaje de las celdas.

“Aunque las SIB presentan una mejor estabilidad térmica y son compatibles con la infraestructura existente para LIB, se necesitan sistemas sofisticados de gestión y métodos de modelización predictiva, como dinámica de fluidos computacional, calorimetría diferencial de barrido y análisis termogravimétrico, para garantizar la seguridad a nivel del paquete”, afirmó Worku.

La revisión examina cinco grandes clases de ánodos para SIB: materiales basados en aleaciones, basados en intercalación, basados en conversión, orgánicos y basados en MXene. Los investigadores descubrieron que los ánodos basados en carbono, aleaciones y materiales orgánicos ofrecen una elevada estabilidad de ciclado y capacidad de almacenamiento de sodio, mientras que los materiales de tipo conversión proporcionan altas capacidades teóricas.

Sin embargo, la adopción generalizada de estos materiales sigue limitada por problemas como grandes cambios de volumen durante los ciclos, baja conductividad eléctrica, interfaces inestables y degradación estructural. Estos desafíos están impulsando la investigación continua de diseños avanzados de materiales y nanoestructuración.

Los investigadores concluyeron que los avances futuros dependerán del desarrollo de materiales de cátodo y ánodo más estables, electrolitos más seguros y conductores, y separadores con una estabilidad térmica y química mejorada. También destacaron que los avances en todos los componentes de las baterías, incluidos electrodos, electrolitos, aglutinantes, colectores de corriente, aditivos conductores y solventes, serán esenciales para acelerar la comercialización y hacer que las SIB sean más competitivas frente a las LIB.

“Actualmente, las densidades energéticas de las SIB oscilan entre 100 Wh/kg y 160 Wh/kg, y algunos prototipos avanzados se acercan a los 200 Wh/kg”, afirmó Worku. “Las formulaciones mejoradas de electrolitos que aumentan la conductividad iónica y la estabilidad electroquímica, así como los desarrollos en materiales de electrodos, son los principales responsables de estos avances”.

Worku señaló que el almacenamiento de energía es una de varias áreas en las que las SIB están encontrando nuevas aplicaciones.

“Son ideales para aplicaciones de balanceo de carga, vehículos eléctricos (VE), integración de energías renovables y almacenamiento de energía a gran escala, debido a su bajo costo y al uso de materias primas fácilmente disponibles”, afirmó. “Las SIB ofrecen una alternativa escalable y asequible para almacenar y suministrar energía renovable, y los proyectos piloto han demostrado su potencial para la estabilidad de la red. Las baterías de iones de sodio son cada vez más populares en la industria automotriz como un sustituto más rentable de las baterías de iones de litio, especialmente para vehículos eléctricos de dos y tres ruedas”.

La revisión, presentada en “Recent advances and future perspectives on key components for sodium-ion batteries” (Avances recientes y perspectivas futuras sobre componentes clave para baterías de iones de sodio), apareció en Energy Conversion and Management: X. Científicos de la Universidad de Sudáfrica, la Universidad de Bahir Dar de Etiopía y la Universidad de Shanghái de China realizaron el estudio.