Batería de sodio, así es y así funciona la tecnología emergente que destronará al litio

La creciente demanda de sistemas de almacenamiento de energía en el panorama global hace que las baterías tengan un papel fundamental en una economía que quiere ser baja o incluso neutra en emisiones de carbono.

La tecnología de iones de litio monopoliza el mercado de las baterías, no sólo en la industria del vehículo eléctrico, sino en cualquier ámbito que requiera almacenamiento de energía.

Las baterías de sodio-ion proporcionan un sistema de almacenamiento de energía de bajo coste, seguro y sostenible

Sin embargo, esto conlleva desafíos medioambientales y sociales debido al desajuste entre la oferta y la demanda de materias primas críticas y tóxicas, como el grafito y el cobalto.

Por lo tanto, se necesitan nuevas estrategias de reciclaje y reutilización de baterías de litio, así como sistemas alternativos de almacenamiento de energía basados en materiales abundantes, sostenibles y de bajo coste.

En ese sentido, las baterías de sodio se han convertido en una tecnología emergente que se ha puesto de moda y aspira a tomar el relevo de las costosas baterías de iones de litio.

Propiedades del sodio

El sodio es un metal alcalino no tóxico con número atómico 11 y símbolo «Na». Es altamente reactivo y suave al tacto, se oxida rápidamente en presencia de aire y agua. Tiene una baja densidad y un punto de fusión relativamente bajo.

Es un elemento muy abundante en la corteza terrestre y se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, lo que lo convierte en una materia prima de bajo coste.

Además, el sodio es un elemento importante en la química y la biología, ya que es un electrolito esencial en el cuerpo humano y participa en diversos procesos bioquímicos.

Aunque se empezó a estudiar conjuntamente con los materiales para las baterías de iones de litio en la década de 1980, no fue hasta el siglo XXI cuando se redescubrió el potencial del sodio para la tecnología de almacenamiento de energía.

Al estar el sodio a continuación del litio en la tabla periódica, se esperan similitudes en términos de química, tecnología y rendimiento. Además, se podrían utilizar las mismas infraestructuras industriales que para las baterías de iones de litio, lo que minimizaría el coste de la industrialización.

¿Cómo funciona la batería de sodio?

Los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de las baterías de iones de litio han servido para avanzar con las de sodio, ya que en muchas ocasiones presentan propiedades similares.

De hecho, dos de las tres familias de materiales de cátodos que más se han estudiado para las baterías de sodio coinciden con la tecnología de iones de litio. Hablamos de los óxidos laminares y los compuestos polianiónicos, además de los análogos de azul de Prusia.

En cuanto al ánodo, el sodio no se intercala en el grafito, por lo que los carbones desordenados son el material anódico más utilizado en las baterías de este tipo.

Estos carbones se obtienen generalmente de precursores abundantes y baratos, como los desechos de biomasa, y pueden ser clasificados en carbones duros y carbones blandos según su resistencia mecánica, siendo el carbón duro el más comúnmente usado.

Ventajas e inconvenientes de las baterías de sodio

Las baterías de sodio-ion tienen varias cualidades relevantes que las han convertido en una gran alternativa a las de iones de litio:

• Tanto el litio como el sodio pertenecen al mismo grupo de metales alcalinos en la tabla periódica, lo que les otorga propiedades químicas, tecnológicas y de rendimiento muy similares. Por ello, la fabricación industrial de baterías de sodio-ion puede aprovechar las infraestructuras ya utilizadas para la fabricación de baterías de iones de litio, logrando así economías de escala y minimizando los costes de industrialización.
• Los materiales usados para fabricar baterías de litio-ion están catalogados como críticos y su uso se busca reducir por ser cada vez más escasos y por provenir de países subdesarrollados o en conflicto. En contraste, las baterías de sodio-ion usan materiales sostenibles, abundantes en la naturaleza y de bajo coste.
• Las baterías de sodio-ion proporcionan un sistema de almacenamiento de energía de bajo coste, seguro y sostenible gracias a las propiedades químicas de los elementos que las componen. Esto las convierte en una tecnología adecuada para el almacenamiento de energías renovables. Por otro lado, las baterías de iones de litio son idóneas para el vehículo eléctrico gracias a su elevada densidad energética.

Como ya hemos anticipado, uno de los inconvenientes principales de las baterías de sodio es su menor densidad energética en comparación con las de litio: del orden de un 40 % menos en las unidades de primera generación.

Eso las hace menos aptas para industrias como la del automóvil eléctrico, aunque se han realizado muchos avances en este campo y las siguientes generaciones de baterías de sodio han hecho posible que las primeras unidades comiencen a llegar al mercado automotriz.

Por otro lado, las baterías de sodio se enfrentan al desafío de desarrollar un mercado de componentes, ya que actualmente solo hay dos o tres proveedores globales que transforman la materia prima en el formato adecuado para la industria de las baterías. Algo que es incluso más complejo de conseguir en Europa.

¿Qué va a reemplazar el litio?

Es difícil prever con certeza qué material o tecnología podría reemplazar completamente al litio en el futuro. El litio es un elemento muy eficiente y versátil para las baterías, y ha sido utilizado durante décadas en diversos dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos.

No obstante, se están llevando a cabo investigaciones en el campo de las baterías para explorar alternativas al litio. Algunas opciones que se están considerando, además de las ya mencionadas baterías de sodio, son las baterías de estado sólido, baterías de flujo y baterías de zinc-aire, entre otras.

A buen seguro en el futuro se desarrollarán tecnologías que permitan utilizar materiales más abundantes, más baratos y menos tóxicos que el litio, pero aún es incierto cuál de estas tecnologías podría ser la elegida para reemplazarlo en su totalidad.

Fuente: CIC energiGUNE